hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.59887/fpg/xk62-mm5t-fhphhydrophysics-1156Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESЛабораторное исследование компрессии поверхностно-активной пленки и трансформации ее границы под действием поверхностной волныLaboratory Study of Surfactant Film Compression and Boundary Transformation under the Action of Surface Waveshttps://orcid.org/0000-0001-5546-1670ВостряковаД. В.VostryakovaD. V.

ВОСТРЯКОВА Дарья Васильевна

РИНЦ AuthorID: 1135381

Scopus AuthorID: 57219659995

WoS ResearcherID: AAA-7981–2022

603950, ул. Ульянова, 46, г. Нижний Новгород

603950, пр. Гагарина, 23, г. Нижний Новгород

 

603950, Ulyanova Str., 46, Nizhny Novgorod

603950, Gagarin Avenue, 23, Nizhny Novgorod

vostryakova@ipfran.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6845-3119КапустинИ. А.KapustinI. A.

КАПУСТИН Иван Александрович

РИНЦ AuthorID: 565925

Scopus AuthorID: 25629629000

WoS ResearcherID: A-3593–2014

603950, ул. Ульянова, 46, г. Нижний Новгород

603950, пр. Гагарина, 23, г. Нижний Новгород

 

603950, Ulyanova Str., 46, Nizhny Novgorod

603950, Gagarin Avenue, 23, Nizhny Novgorod

kia@ipfran.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0674-4831ЛазареваТ. Н.LazarevaT. N.

ЛАЗАРЕВА Татьяна Николаевна

РИНЦ AuthorID: 811564

Scopus AuthorID: 54884797800

WoS ResearcherID: AAJ-4607–2021

603950, ул. Ульянова, 46, г. Нижний Новгород

603950, Ulyanova Str., 46, Nizhny Novgorod

lazareva@ipfran.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9529-2517ДаниличеваО. А.DanilichevaO. A.

ДАНИЛИЧЕВА Ольга Аркадьевна

РИНЦ AuthorID: 1064727

Scopus AuthorID: 57204632237

WoS ResearcherID: AAG-7486–2020

603950, ул. Ульянова, 46, г. Нижний Новгород

603950, пр. Гагарина, 23, г. Нижний Новгород

 

603950, Ulyanova Str., 46, Nizhny Novgorod

603950, Gagarin Avenue, 23, Nizhny Novgorod

olgadan@ipfran.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0869-4954ЕрмаковС. А.ErmakovS. A.

ЕРМАКОВ Станислав Александрович

РИНЦ AuthorID: 32579

Scopus AuthorID: 7006796194

WoS ResearcherID: L-6157–2017

603950, ул. Ульянова, 46, г. Нижний Новгород

603950, ул. Нестерова, 5, г. Нижний Новгород

603950, Ulyanova Str., 46, Nizhny Novgorod

603950, Nesterova Str., 5, Russia, Nizhny Novgorod 

stas.ermakov@ipfran.ruИнститут прикладной физики РАН; Нижегородский государственный университет им. Н.И. ЛобачевскогоРоссияInstitute of Applied Physics RAS; Lobachevsky State University of Nizhny NovgorodRussian FederationИнститут прикладной физики РАНРоссияInstitute of Applied Physics RASRussian FederationИнститут прикладной физики РАН; Волжский государственный университет водного транспортаРоссияInstitute of Applied Physics RAS; Volga State University of Water TransportRussian Federation20220801202315463–73Copyright © Вострякова Д.В., Капустин И.А., Лазарева Т.Н., Даниличева О.А., Ермаков С.А., 20232023Вострякова Д.В., Капустин И.А., Лазарева Т.Н., Даниличева О.А., Ермаков С.А.Vostryakova D.V., Kapustin I.A., Lazareva T.N., Danilicheva O.A., Ermakov S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1156

Представлены результаты лабораторного эксперимента, посвящённого моделированию механизмов локализации пленки поверхностно-активного веществ под действием периодических поверхностных волн. Было показано, что область пленки, поджатой поверхностной волной, условно делится на три части: плотная пленка на наибольшем удалении от источника волн, область «разреженной» пленки и область относительно чистой поверхности воды. Основное внимание было уделено процессам, происходящим в области «разреженной» пленки — переходной области от чистой воды к плотной поджатой волнами пленке, где регистрировались горизонтальные циркуляционные движения. В зависимости от амплитуды волны наблюдался различный характер течений: дивергентные циркуляционные ячейки при малых и больших амплитудах волн и роликовые течения, образующие зону конвергенции на оси бассейна при средних амплитудах. Сравнение экспериментально полученного стационарного распределения концентрации поверхностно-активных веществ с развитой ранее моделью компрессии пленок поверхностными напряжениями, вызванными волнами, показало удовлетворительное согласие теории и эксперимента при малых и относительно больших амплитудах волн. Выявленное расхождение при средних амплитудах волн в области «разреженной» пленки объясняется наличием циркуляционных ячеек, которые рассматриваемая модель не учитывает.

In this paper we present the results of a laboratory experiment simulating the mechanisms of a surfactant film localization under the action of periodic surface waves. It is shown that the film compressed by a surface wave, can be conditionally divided into three sections — the dense film region as the most distant from the wave source, the area of a diluted film and the region of relatively clean water. The paper is focused on the processes occurring in the diluted film region characterized by the transition from clean water to the dense film, where horizontal circulation currents are registered. The character of currents is varying depending on the wave amplitude so that the divergent circulation cells occur at small and large wave amplitudes, but at medium amplitudes the roller currents forming a convergence zone on the basin axis are observed. The experimentally obtained stationary distribution of surfactant concentration is compared with the previously developed model of film compression due to surface tension induced by waves. The comparison shows good agreement between the theory and the experimental results at small and large wave amplitudes. Their discrepancy at medium wave amplitudes in the diluted film region is presumably related to the presence of convergent cells which are not considered in the model.

пленки ПАВкомпрессияиндуцированные теченияциркуляционные ячейкиконвергенциястационарное распределение концентрации пленкиsurfactant filmscompressioninduced flowcirculation cellsconvergencestationary distribution of film concentrationРабота выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 18-77-10066, https://rscf.ru/ project/18-77-10066/.The work was supported by the Russian Science Foundation, project No. 18-77-10066, https://rscf.ru/project/18-77-10066/.ReferencesЛаврова О.Ю., Митягина М.И. Спутниковый мониторинг пленочных загрязнений поверхности Черного моря // Исследование Земли из космоса. 2012. № 3. C. 48–65.Lavrova O. Yu., Mityagina M.I. Satellite monitoring of film pollution on the surface of the Black Sea. Issledovanie Zemli iz Kosmosa. 2012, 3, 48–65 (in Russian).Ермаков С.А. Влияние пленок на динамику гравитационно-капиллярных волн. Н. Новгород: ИПФ РАН, 2010. 164 с.Ermakov S.A. Influence of films on the dynamics of gravity-capillary waves N. Novgorod: IPF RAN, 2010.164 p. (in Russian).Капустин И.А., Ермошкин А.В., Богатов Н.А., Мольков А.А. Об оценке вклада приводного ветра в кинематику сликов на морской поверхности в условиях ограниченных разгонов волнения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16, № 2. С. 163–172. doi:0.21046/2070-7401-2019-16-2-163-172Kapustin I.A., Ermoshkin A.V., Bogatov N.A., Mol’kov A.A. On the estimation of the contribution of near-surface wind to the kinematics of slicks on the sea surface under conditions of finite wave fetch. Sovremennye Problemy Distancionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2019, 16, 2, 163–172 (in Russian). doi:0.21046/2070-7401-2019-16-2-163-172Korinenko A.E., Malinovsky V.V. Field study of film spreading on a sea surface // Oceanologia. 2014. V. 56, N 3. P. 461– 475. doi:10.5697/oc.56–3.461Korinenko A.E., Malinovsky V.V. Field study of film spreading on a sea surface. Oceanologia. 2014, 56, 3, 461–475. doi:10.5697/oc.56–3.461Ermakov S.A., Sergievskaya I.A., Kapustin I.A. Strong modulation of short wind waves and ka-band radar return due to internal waves in the presence of surface films. Theory and experiment // Remote Sensing. 2021. V. 13, N 13. P. 2462. doi:10.3390/rs13132462Ermakov S.A., Sergievskaya I.A., Kapustin I.A. Strong modulation of short wind waves and ka-band radar return due to internal waves in the presence of surface films. Theory and experiment. Remote Sensing. 2021, 13, 13, 2462. doi:10.3390/rs13132462Сергиевская И.А., Лазарева Т.Н. Влияние температуры окружающей среды на вязкоупругие свойства нефтяных плёнок в приложении к проблеме дистанционного зондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17, № 2. С. 176–183. doi:10.21046/2070-7401-2020-17-2-176-183Sergievskaya I.A., Lazareva T.N. The influence of water temperature on viscoelastic properties of oil films in application to remote sensing. Sovremennye Problemy Distancionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2020, 17, 2, 176–183 (in Russian). doi:10.21046/2070-7401-2020-17-2-176-183Бескид П.П., Дурягина Е.Г. Характеристика процессов трансформации нефти в морской среде и их влияние на операции по ликвидации аварийных разливов нефти // Эксплуатация морского транспорта. 2011. Т. 1, № 63. С. 71–75.Beskid P.P., Duryagina E.G. The characteristic of processes of transformation of oil in the sea environment and their influence on operations on liquidation of emergency spills. E’kspluataciya Morskogo Transporta. 2011, 1, 63, 71–75 (in Russian).Keramea P., Spanoudaki K., Zodiatis G., Gikas G., Sylaios G. Oil spill modeling: a critical review on current trends, perspectives, and challenges // Journal of Marine Science and Engineering. 2021. V. 9, N 2. P. 181. doi:10.3390/jmse9020181Keramea P., Spanoudaki K., Zodiatis G., Gikas G., Sylaios G. Oil spill modeling: a critical review on current trends, perspectives, and challenges. Journal of Marine Science and Engineering. 2021, 9, 2, 181. doi:10.3390/jmse9020181Fay J.A. The spread of oil slicks on a calm sea // Oil on the Sea. Ocean Technology. ed. Hoult D.P. Boston: Springer,1969. P. 53–63.Fay J.A. The spread of oil slicks on a calm sea. Oil on the Sea. Ocean Technology. ed. Hoult D.P. Boston: Springer, 1969, 53–63.Монин А.С., Красицкий В.П. Phenomena on the surface of the ocean. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 376 с.Monin A.S., Krasickij V.P. Phenomena on the surface of the ocean. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1985, 376 p. (in Russian).Ermakov S.A., Danilicheva O.A., Kapustin I.A., Leschev G.V., Molkov A.A. Deformation of film slicks on the water surface. Experiment and model // Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2020. V. 17, N 6. P. 97–102.Ermakov S.A., Danilicheva O.A., Kapustin I.A., Leschev G.V., Molkov A.A. Deformation of film slicks on the water surface. Experiment and model. Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2020,17, 6, 97–102.Ermakov S., Kapustin I., Sergievskaya I., da Silva J. Spreading of oil films on the sea surface: radar/optical observations and physical mechanisms // Proc. SPIE9638, Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, Coastal Waters, and Large Water Regions. 2015. P. 963807.Ermakov S., Kapustin I., Sergievskaya I., da Silva J. Spreading of oil films on the sea surface: radar/optical observations and physical mechanisms. Proc. SPIE9638, Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, Coastal Waters, and Large Water Regions. 2015, 963807.Ермаков С.А., Ермошкин А.В., Капустин И.А. Об эффекте сжатия пленочного слика // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14, № 3. С. 288–294. doi:10.21046/2070-7401-2017-14-3-288-294Ermakov S.A., Ermoshkin A.V., Kapustin I.A. On the effect of film slick compression. Sovremennye Problemy Distancionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2017, 14, 3, 288–294 (in Russian). doi:10.21046/2070-7401-2017-14-3-288-294Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) Web: https://www.xylem-analytics.asia/productsdetail.php?SonTek-16-MHz-MicroADV-71 (дата обращения: 14.11.2021).Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) Web: https://www.xylem-analytics.asia/productsdetail.php?SonTek-16-MHzMicroADV-71 (date of access: 14.11.2021).Ермаков С.А., Лаврова О.Ю., Капустин И.А., Ермошкин А.Б., Мольков А.А., Даниличева О.А. О гребенчатой структуре границ сликов на морской поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15, № 7. С. 208–217. doi:10.21046/2070-7401-2018-15-7-208-217Ermakov S.A., Lavrova O. Yu., Kapustin I.A., Ermoshkin A.V., Molkov A.A., Danilicheva O.A. On the “comb” structure of the edges of slicks on the sea surface. Sovremennye Problemy Distancionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2018, 15, 7, 208–217 (in Russian). doi:10.21046/2070-7401-2018-15-7-208-217

The authors declare that there are no conflicts of interest present.