Экспериментальное исследование эффекта блокировки поверхностных волн пузырьковой пеленой

Работа посвящена лабораторному моделированию эффекта блокировки волн на водной поверхности за счет воздействия течений, образованных пеленой всплывающих со дна пузырьков газа. Этот эффект известен ещё с середины прошлого века и лежит в основе идеи «пузырькового волнолома», препятствующего распространению поверхностных волн (Taylor 1995). Важность изучения этого эффекта связана с необходимостью учитывать его при рассмотрении механизмов изменчивости поверхностного волнения под действием различных возмущающих факторов. В частности представляет интерес анализ воздействия всплывающих пузырьков на гравитационно капиллярные волны при изучении обрушивающихся длинных волн, что в свою очередь важно для интерпретации данных дистанционного наблюдения морской поверхности.
Цель данной работы состоит в экспериментальном моделировании эффекта блокировки волн течением, генерируемым пузырьковой пеленой и последовательном анализе его характеристик. Эксперименты проводились в кольцевом ветроволновом бассейне ИПФ РАН, источником пузырьковой пелены служила подключенная к воздушному компрессору перфорированная трубка, закреплённая поперёк дна бассейна. Первая часть экспериментов была посвящена исследованию структуры течений, создаваемых плоской пузырьковой пеленой. Скорости воды в толще измерялись с помощью акустического доплеровского велосиметра, а на поверхности – посредством обработки видеозаписи движения полиэтиленовых частиц-маркеров. Получено, что среднее течение имеет роликовую структуру в виде двух больших вихрей по обе стороны от пелены, а горизонтальная составляющая скорости этих течений сильно неоднородна по глубине. Во второй части работы проведён анализ распределения по поверхности плёнок поверхностно-активных веществ (ПАВ), выносимых всплывающими пузырьками (с использованием методики параметрически возбуждаемых волн). Установлено, что распределение концентрации ПАВ на поверхности также неоднородно за счёт компрессии плёнок течением с одной стороны и набегающей волной с другой. Завершающая часть экспериментов была посвящена изучению трансформации поверхностных волн на течении от пузырьков с учётом дополнительного воздействия плёнок ПАВ и изучению эффекта блокировки. В результате серии экспериментов с использованием струнного волнографа было получено, что течение, создаваемое всплывающими пузырьками, приводит к сильному воздействию на поверхностные волны и блокирует их распространение в определенной области частот волн, а наличие плёнки ПАВ приводит к дополнительному затуханию волн.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты 11-05-00295, 11-05-97027, 11-05-97029, 12-05-31237 мол_а), а также грантов Правительства Российской Федерации (договора № 11.G34.31.0048 и №11.G34.31.0078).