Стенд для исследования локального апвеллинга, вызванного всплывающими пузырьками

Cover Page

Cite item

Full Text

Full Text

Разработан и сконструирован экспериментальный стенд, позволяющий определить величину локального апвеллинга, вызванного непрерывно всплывающими пузырьками, в зависимости от их геометрических размеров и интенсивности их генерации (интенсивности потока газа). Стенд (рис.1а, б) состоит из прозрачной камеры 1, выполненной из ударопрочного плексигласа толщиной 10 мм; системы соединенных с камерой газовых трубок; установленных в технические отверстия 7 датчиков электропроводимости (солености), работающих в диапазоне от 0 до 40 000 мкСм; расходомеров, работающих в диапазоне от 0.1 до 60 л/мин; системы подачи газовой смеси с регулируемым расходом вещества 5, включающей воздушный компрессор; осветительных приборов и системы видеорегистрациии 6. Через патрубок 3 в камеру экспериментального стенда 1 поступают растворы с различной плотностью, формируя водную среду с ярко выраженной границей раздела 4. Для эффективного контроля за процессами, происходящими в водной среде стенда, более плотный (соленый) раствор окрашен. Через сопло или устройство генерации пузырьков 2 с помощью воздушного компрессора в камеру с заданным потоком подается газ (воздух или чистый метан) при этом образуются всплывающие пузырьки и формируется локальный апвеллинг.

 

Рис. 1. а) Фотографии разработанного стенда. б) Принципиальная схема экспериментального стенда: 1 — камера экспериментального стенда, 2 — система генерации всплывающих пузырьков, 3 — патрубок для слива или подачи жидкостей в рабочую зону экспериментального стенда, 4 — граница раздела жидкостей разной плотности, 5 — система подачи газовой смеси с регулируемым расходом вещества, 6 — система видеорегистрации, 7 — технические отверстия для отбора проб и установки датчиков температуры и электропроводности (солености), 8 — светодиодные осветители. в) Пример генерации всплывающих пузырьков в виде одиночных пузырьков (1), непрерывной цепочки (2), массированного выброса (3).

 

В зависимости от поставленной в эксперименте задачи пузырьки могут всплывать: 1) в одиночном виде, 2) в виде одиночной непрерывной цепочки или 3) в виде непрерывного массированного выброса (рис. 1в). Все происходящие в водной среде экспериментального стенда события записываются с помощью цифровых видеокамер 6 (например, с помощью экшен-камер GoPRO). Величина локального апвеллинга определяется по изменяющейся электропроводимости (солености) водных растворов с помощью установленных в камеру стенда датчиков.

Разработанный экспериментальный стенд позволяет определить величину локального апвеллинга, вызванного непрерывно всплывающими пузырьками, в зависимости от их геометрических размеров, интенсивности их генерации (интенсивности потока газа) и типов их всплытия, а также получить коэффициенты, корректирующие величину газообмена, происходящего между всплывающими пузырьками и столбом жидкости. Полученные результаты позволят повысить точность методов количественной оценки современной эмиссии метана, поступающего из гидросферы в приводные слои атмосферы. Это особенно важно в условиях мелководного Восточно-Сибирского шельфа, на территории которого сосредоточено более 30% мирового запаса углеводородов, а их поступление в атмосферу (пузырьковый поток) определяется состоянием подводной мерзлоты [1–3].

От описанной в литературе установки [4], позволяющей изучать газообмен дискретно всплывающих пузырьков со столбом жидкости, данный стенд отличается возможностью исследования зависимости величины газообмена от величин потока (количества) непрерывно всплывающих пузырьков и локального апвеллинга, вызванного данными пузырьками.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 22–67–00025) (разработка экспериментального стенда), а также в рамках программы развития Приоритет 2030 СахГу–СахTech (экспедиционные исследования в районах обнаружения газовых факелов) и государственного задания № 124022100074-9 (разработка методов оценки потока метана).

×

About the authors

Д. В. Черных

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН; Международный центр дальневосточных и арктических морей им. адмирала С.О. Макарова, CaxTech — Сахалинский государственный университет

Author for correspondence.
Email: denis.chernykh.vl@gmail.com
Russian Federation, Владивосток; Южно-Сахалинск

Н. Е. Шахова

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН; Институт динамики геосфер им. академика М.А. Садовского РАН

Email: denis.chernykh.vl@gmail.com
Russian Federation, Владивосток; Москва

Д. А. Космач

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН; Международный центр дальневосточных и арктических морей им. адмирала С.О. Макарова, CaxTech — Сахалинский государственный университет

Email: denis.chernykh.vl@gmail.com
Russian Federation, Владивосток; Южно-Сахалинск

А. В. Доманюк

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН; Международный центр дальневосточных и арктических морей им. адмирала С.О. Макарова, CaxTech — Сахалинский государственный университет

Email: denis.chernykh.vl@gmail.com
Russian Federation, Владивосток; Южно-Сахалинск

А. Н. Салюк

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН; Международный центр дальневосточных и арктических морей им. адмирала С.О. Макарова, CaxTech — Сахалинский государственный университет

Email: denis.chernykh.vl@gmail.com
Russian Federation, Владивосток; Южно-Сахалинск

Э. А. Спивак

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН; Международный центр дальневосточных и арктических морей им. адмирала С.О. Макарова, CaxTech — Сахалинский государственный университет

Email: denis.chernykh.vl@gmail.com
Russian Federation, Владивосток; Южно-Сахалинск

А. С. Саломатин

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН

Email: denis.chernykh.vl@gmail.com
Russian Federation, Владивосток

Е. В. Гершелис

Научно-технологический университет “Сириус”

Email: denis.chernykh.vl@gmail.com
Russian Federation, Краснодарский край, пгт. Сириус

И. П. Семилетов

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН; Международный центр дальневосточных и арктических морей им. адмирала С.О. Макарова, CaxTech — Сахалинский государственный университет

Email: denis.chernykh.vl@gmail.com
Russian Federation, Владивосток; Южно-Сахалинск

References

  1. Chernykh D., Yusupov V., Salomatin A., Kosmach D., Shakhova N., Gershelis E., Konstantinov A., Grinko A., Chuvilin E., Dudarev O., Koshurnikov A., Semiletov I. // Geosciences. 2020. V. 10. № 10. P. 411. https://doi.org/10.3390/geosciences10100411
  2. Shakhova N., Semiletov I., Salyuk A., Yusupov V., Kosmach D., Gustafsson Ö. // Science. 2010. V. 327. № 5970. P. 1246. https://doi.org/10.1126/science.118222
  3. Shakhova N., Semiletov I., Gustafsson O., Sergienko V., Lobkovsky L., Dudarev O., Tumskoy V., Grigoriev M., Mazurov A., Salyuk A., Ananiev R., Koshurnikov A., Kosmach D., Charkin A., Dmitrevsky N. et al. // Nature Communications. 2017. V. 8. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1038/ncomms15872
  4. Черных Д.В., Космач Д.А., Константинов А.В., Шахова Н.Е., Саломатин А.С., Юсупов В.И., Силионов В.И., Семилетов И.П. // ПТЭ. 2019. № 1. С. 156. https://doi.org/10.1134/S0032816219010063

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. a) Photographs of the developed setup. b) Schematic diagram of the experimental setup: 1 — experimental setup chamber, 2 — bubble generation system, 3 — pipe for draining or feeding liquids into the working area of ​​the experimental setup, 4 — interface between liquids of different densities, 5 — gas mixture supply system with adjustable substance flow rate, 6 — video recording system, 7 — technical openings for sampling and installing temperature and conductivity (salinity) sensors, 8 — LED illuminators. c) Example of bubble generation in the form of single bubbles (1), a continuous chain (2), or a massive ejection (3).

Download (766KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).