(1) ФГБОУ ВО "Волжский государственный университет водного транспорта", Нижний Новгород, Россия
(2) ФИЦ Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия

В настоящее время трубопроводный транспорт газа является важной составляющей экономики России и стран - потребителей голубого топлива. Поэтому непрерывный мониторинг состояния трубопроводов и оперативное обнаружение утечек крайне важны для предотвращения экономического ущерба и ущерба окружающей среде. Для мониторинга повреждений на протяженных подводных участках трубопроводов используются специализированные суда и воздушный флот, что подразумевает большие финансовые затраты и дискретность наблюдений.
Настоящая работа посвящена разработке подхода к дистанционному обнаружению аварийных утечек газа из подводных газопроводов, позволяющему дополнить, а в обозримом будущем, возможно, заменить дорогостоящие визуальные наблюдения. В серии лабораторных экспериментов, моделирующих процесс выноса ПАВ на поверхность воды пузырьковым потоком, были получены структура средних течений в толще воды и поля скорости в тонком поверхностном слое, создаваемых пузырьковыми потоками различной интенсивности [1, 2]. Получены экспериментальные зависимости характеристик пленки ПАВ на поверхности воды от времени работы «пузырькового насоса», таких как коэффициент поверхностного натяжения, упругость и относительный коэффициент затухания мелкомасштабных волн под пленкой [1]. Характер этих зависимостей подтверждает факт накопления пленки ПАВ на поверхности воды под действием пузырькового потока.
На основе полученных экспериментальных данных разрабатывается физическая модель процесса формирования пленки ПАВ на поверхности воды под действием всплывающих пузырьков газа. Согласно этой модели, ПАВ, выносимые пузырьками на поверхность воды, формируют вокруг области выхода газа сликовое пятно. Расстояние, на котором будет локализовываться пленка ПАВ, зависит от интенсивности пузырькового потока и от масштаба скоростей приповерхностного слоя воды. А ширина формируемого пятна (слика) зависит от соотношения скорости растекания пленки и скорости приводного ветра.
Проведенные полевые эксперименты подтвердили образование пятна пленки ПАВ вблизи области выхода газа, что указывает на возможность его дистанционного обнаружения в натурных условиях при наличии приводного ветра не более 2-10 м/с. А по морфологии пятна, его местоположению и характеристикам гашения волн в нем (контрасту), можно будет судить о характеристиках газового выброса.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант №18-38-00861 мол_а).

Ключевые слова: поверхностно-активные вещества, пузырьковый поток, дистанционное зондирование океанов, пленочный слик, пленка ПАВ, полевые исследования, радиолокационные изображения

Литература:

[1] Смирнова М.В., Капустин И.А., Глухова В.С., Носова А.Д. Измерение средних и пульсационных скоростей течений, формируемых восходящим пузырьковым потоком в приповерхностном слое воды в присутствии пленки поверхностно-активного вещества // Вестник Волжской государственной академии водного транспорта. № 60 (2019). p.104 – 112.
[2] Смирнова М. В., Капустин И.А., Лазарева Т.Н. Экспериментальное исследование процесса выноса поверхностно-активных веществ всплывающими в жидкости пузырьками газа в приложении к проблеме обнаружения утечек из подводных газопроводов // В книге: Сборник тезисов докладов шестнадцатой Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». - Институт космических исследований Российской академии наук. – 2018. – С. 320.

Дистанционные исследования поверхности океана и ледяных покровов

337