Лабораторное моделирование физического механизма воздействия волнения на границу пленочных сликов на водной поверхности

Исследования физических механизмов воздействия интенсивного ветрового волнения на геометрию пленочных сликов, в том числе нефтяных разливов, на морской поверхности важно для прогнозирования распространения загрязнений с применением средств дистанционного зондирования океана [1-5]. С целью изучения этих механизмов был выполнен ряд лабораторных экспериментов по моделированию влияния поверхностных волн на структуру границы плёнки. Эксперименты проводились в ветроволновом овальном бассейне ИПФ РАН, на поверхность воды в котором наносились известные количества плёнки OLE (олеиновая кислота), разведенной в спирте. Возбуждались волны разной амплитуды с помощью волнопродуктора, граница плёнки регистрировалась с использованием маркеров, для анализа положения и формы границы плёнки велась постоянная фотосъёмка. Амплитуда и частота волн измерялись с помощью струнных волнографов. Для изучения характеристик пленки брались пробы на разных расстояниях от границы пленки как в области “чистой” воды, так и в зоне пленки, сжатой поверхностной волной. Взятые пробы пленки помещались на поверхность воды в специальной кювете, установленной на вибростенде, затем измерялись характеристики параметрически возбуждаемой ряби в присутствии пленки и по ним определялись давление пленки и ее упругость. Получено, что давление (и, соответственно, коэффициент поверхностного натяжения) меняется в окрестности границы пленки, соответствующий градиент давления пленки в стационарном случае уравновешивается поверхностным напряжением, индуцированным волной, распространяющейся в область пленки. Показано, что смещение границы плёнки под действием набегающей волны тем сильнее, чем больше ее амплитуда, при этом граница не является плоской, на ней присутствуют искажения, что связанно с неоднородным распределением амплитуды волны по фронту, и, соответственно, с наличием горизонтальных вихревых движений вблизи границы плёнки. Полученные результаты позволяют, по крайней мере, качественно объяснить механизм воздействия поверхностных волн на границу пленки и геометрию нефтяных разливов.

Работа выполнена при поддержке проекта РФФИ 17-05-00448 (экспериментальное и теоретическое исследование влияния органических пленок на процессы обрушения поверхностных волн в приложении в проблеме радиолокационного зондирования сликов на морской поверхности) и проекта РФФИ 15-45-02690 (комплексные исследования динамики биогенного загрязнения внутренних водоемов (на примере Горьковского водохранилища))