В ходе масштабного исследования ученые из Техасского университета A&M и Калифорнийского университета в Беркли впервые воссоздали гигантский огненный вихрь вне лаборатории. Для этого на полигоне построили пятиметровую треугольную конструкцию, управляющую потоками воздуха, а в центр поместили бассейн с водой и слоем сырой нефти. После поджога пламя превратилось в мощный вращающийся торнадо высотой более пяти метров.
Огненные торнадо могут стать лучшим методом борьбы с разливами нефти
При ликвидации крупных разливов нефти в море спасатели часто выжигают пятно прямо на воде. Этот традиционный метод сдерживает распространение пленки, но оборачивается другой катастрофой: в небо поднимаются огромные тучи ядовитого черного дыма и сажи, а на поверхности океана остается токсичный дегтярный осадок. Американские ученые предложили революционное решение проблемы. Они доказали, что управляемые огненные смерчи способны уничтожать сырую нефть гораздо быстрее и, главное, намного чище, чем любые привычные способы контролируемого выжигания.
Ученые превратили огненные торнадо в потенциальное экологически безопасное оружие для быстрой ликвидации нефтяных разливов в открытом море. AI/ScienceDaily.com
Катастрофа, изменившая экологию. Главным стимулом для поиска новых радикальных методов очистки океана послужила авария на платформе Deepwater Horizon в 2010 году, ставшая крупнейшим экологическим бедствием в истории США. Тогда в Мексиканский залив за несколько месяцев вылилось около 5 миллиона баррелей нефти, что привело к гибели тысяч морских животных и птиц. Традиционные методы ликвидации, включая механический сбор и стандартное выжигание, показали свою низкую эффективность против гигантского пятна. Именно масштаб тех разрушений заставил ученых искать принципиально новые, более быстрые и экологичные технологии борьбы с техногенными катастрофами.
Суда «Discoverer Enterprise» и «Q4000» круглосуточно работают над сжиганием вредных газов, выходящих из незакрытой скважины «Deepwater Horizon» в Мексиканском заливе. 26 июня 2010 года.
За счет центробежной силы смерч засасывает колоссальные объемы кислорода. Это создает сверхвысокую температуру, превращая вихрь в подобие промышленного мусоросжигателя, который почти полностью уничтожает твердые микрочастицы гари и испаряет токсичные фракции до того, как они успеют загрязнить воду.
Торнадо выжигает нефть примерно на 40% быстрее обычного пожара, сокращает выбросы сажи в атмосферу на те же 40% и достигает рекордной эффективности сгорания топлива — до 95%. Спасатели получают критическое преимущество во времени, уничтожая пятно до его продвижения к хрупким прибрежным экосистемам. Работа опубликована в журнале Fuel.
Проблема контролируемого хаоса
Расположение шести камер, использованных в экспериментах. Камеры 1, 2 и 3 были установлены на расстоянии 6 м, 12 м и 12 м соответственно от центра топливного кольца для съемки как всей конструкции стенки, так и отдельных участков выделяющегося дыма. Камеры были наклонены таким образом, чтобы свести к минимуму заслонение пламени конструкцией стенки. Для наглядности на рисунке приведены типичные фотографии, полученные с этих камер.
Превратить природную стихию в надежный инструмент ликвидации аварий непросто. Огненные торнадо крайне капризны и эффективны лишь в узком диапазоне идеальных условий. Сильный ветер может легко дестабилизировать или полностью разрушить вращающийся столб пламени, а слабый приток воздуха не позволит вихрю сформироваться.
Кроме того, ученые обнаружили зависимость от толщины нефтяного слоя: если исходный слой оказывался слишком глубоким, смерч затухал раньше, чем успевал поглотить все топливо. В будущем исследователи планируют создать мобильные автономные системы, которые можно будет развертывать прямо над местами аварий для контролируемого запуска вихрей. В перспективе глубокое понимание физических законов поведения таких смерчей поможет не только очищать океаны, но и эффективнее прогнозировать распространение лесных пожаров, а также модернизировать промышленные камеры сгорания.
Соавтор работы, профессор аэрокосмической инженерии Элейн Оран отмечает: «Мы задумали использовать огненные вихри для ликвидации разливов нефти, и это действительно только начало. Наша цель — обуздать хаотичную природу огненных смерчей и превратить их в мощный, точный инструмент восстановления, чтобы защитить береговые линии, морские экосистемы и окружающую среду в целом».