Ученые уже изучили, как ведут себя обычные воздушные пузырьки и капли воды, но меньше известно о том, что происходит с пузырьками, покрытыми другой жидкостью, например, маслом или нефтью, особенно в турбулентной среде, такой как океан. Исследование, проведенное в Бингемтонском университете и Технологическом институте Джорджии при поддержке гранта Национального научного фонда, показало, как такие покрытые пузырьки разрушаются и какие капли и пузырьки образуются в результате.
Особую важность эта работа приобрела после разлива нефти на платформе Deepwater Horizon в 2010 году. Когда нефтяные пузырьки лопаются на поверхности воды, они могут выбрасывать в воздух мельчайшие капли сырой нефти — токсичной и опасной для здоровья. Люди, участвующие в очистке или находящиеся рядом, могут вдыхать эти частицы. Размер и состав таких капель зависят от свойств исходного пузырька, и чтобы предсказать их поведение, нужно точно моделировать процесс распада.
Пузырьки с масляной оболочкой ведут себя иначе, чем обычные — при разрушении они образуют смесь из чистых пузырьков, масляных капель и новых покрытых пузырьков. Общая масса остается той же, но меняется площадь поверхности, а это влияет на то, как они взаимодействуют с окружающей средой. Если ученые смогут точнее предсказывать размеры и количество образующихся частиц, это поможет лучше моделировать их движение, теплообмен и перенос веществ.
Проект строится на сочетании компьютерного моделирования и реальных экспериментов: ученые создают сложные численные модели, воспроизводящие турбулентность и поведение диспергированных пузырьков, и проводят эксперименты в специальном резервуаре, где с помощью высокоскоростной съемки наблюдают, как разрушаются покрытые маслом пузырьки. Ученые сравнивают данные моделирования и опыта, чтобы выявлять общие закономерности и применять их в более крупных системах.
Результаты помогут не только при разливах нефти, но и в других областях: например, можно создавать пузырьки, которые будут собирать загрязнители из воды и поднимать их на поверхность для удаления. Также перспективно применение в медицине: капсулы с лекарством внутри пузырьков можно доставлять в нужное место тела, а затем разрушать с помощью ультразвука, высвобождая препарат точно там, где он нужен. Кроме того, ученые работают над энергоэффективным опреснением морской воды с использованием приливной энергии, что может обеспечить питьевой водой регионы, где ее не хватает.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что в Казани научились очищать нефть от сероводорода без химии.