Затухание волн на пленках сырой нефти и дизельного топлива

Использующиеся в настоящее время методы дистанционной диагностики нефтяных загрязнений основаны на выявлении на радиолокационных и оптических изображениях областей сильного гашения коротких гравитационно-капиллярных волн, анализе их формы, а также близости к возможным источникам загрязнений. По сути, данные методы являются экспертными, основанными на эмпирическом опыте при принятии решения о наличии загрязнения. Существенно при этом, что количественные особенности изменчивости характеристик радиолокационных и оптических сигналов в областях, потенциально обусловленных нефтяными загрязнениями, не анализируются и не используются для разработки методов диагностики. Для выработки корректного инструментального подхода к задаче диагностики необходимо развитие физических моделей гашения волн пленками с толщиной, характерной для нефтяных загрязнений, и определение физических характеристик сырой нефти и нефтепродуктов. Сложность описания затухания волн нефтяными пленками связана, в частности, со значительным числом физических параметров, определяющих затухание волн, одним из которых является вязкоупругий параметр, действительная часть которого (упругость) описывает упругие свойства пленки, а мнимая (поверхностная вязкость) – вязкие и связана с растворимостью вещества. С точки зрения воздействия на волны, пленки сырой нефти и нефтепродуктов являются разными веществами, различающимися в основном вязкостью и параметром растворимости, пленки сырой нефти являются основным источником нефтяных загрязнений в зонах добычи и транспортировки нефти, дизельное топливо является основным источником загрязнений рек и внутренних водоемов (заправочные станции). В данной работе представлены результаты многолетних лабораторных измерений коэффициента затухания и дисперсионного соотношения для волн на поверхности воды, покрытой пленками сырой нефти и дизельного топлива толщиной от сотых долей до нескольких мм. На основе измерения затухания волн на поверхности сплошной нефти, показано, что вязкоупругим параметром на верхней границе пленки можно пренебречь. В рамках модели двухслойной жидкости проанализировано затухание волн на пленке конечной толщины для случаев чисто упругой (поверхностная вязкость на нижней границе пленки равна нулю) пленки и чисто вязкой (упругость на нижней границе пленке равна нулю) пленки. Восстановление физических характеристик пленок сырой нефти и дизельного топлива проводилось при сравнении измеренной зависимости коэффициента затухания волн от толщины пленки с результатами теоретических расчетов. Показано, что нефтяные пленки - это упругие пленки с небольшой поверхностной вязкостью на нижней границе, в то время как пленки дизельного топлива – вязкие, с небольшой упругостью на нижней границе. На основе данных лабораторного эксперимента показано, что уменьшение температуры окружающей среды незначительно влияет (уменьшает) упругость нефтяной пленки. Приведено сравнение с данными измерений затухания волн.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (гранты 13-05-97043, 13-05-97058).