현장 연소 (ISB)는 기름 유출 청소의 기존 방법입니다. 수동 또는 기계적 회복에 비해 장비가 적습니다. 또한 더 빠르고 훨씬 저렴합니다. ISB는 멕시코만에서 광범위하게 사용되었으며, 2010 년에는 Deepwater Horizon 유출이 있습니다. 그러나 다음 큰 유출이 알래스카 북부에 있다면 해양 환경에서 하나 또는 다른 형태의 얼음을 찾을 가능성이 있으면 어떻게 될까요?
.북극의 얼음 조건에서 오일 유출이 발생하는 경우, 현장 연소 (ISB)가 효율적인 청소를위한 유일한 옵션 일 수 있습니다. 이는 북극의 원격 성과 거친 기후 조건이 기계적 회복 또는 분산제 사용을 용이하게하기 위해 유출 직후에 중장기를 배치 할 수 없게 만들 가능성이 있기 때문에
.북극 지역에는 석유 유출로 이어질 수있는 여러 해양 활동이 있으며,이 지역의 현재 더 열린 개방형 얼음 계절로 인해 최근에 강화 된 활동은 기름 유출 가능성을 증가시킬 것으로 예상됩니다. 또한 석유 회사는 최근 지난 몇 년간 북극에서 석유 탐사에 6 억 달러 이상을 소비했습니다. 애널리스트들은 북극의 석유 탐사에 대한 투자가 다른 많은 국가 (미국 포함)에 대한 대규모 자원을 투자하면서 1,000 억 달러 이상에 도달 할 것이라고 예측했다.
.얼음이 물에 있고 기름이 얼음 빙수 사이에있는 상황에서, ISB를 사용하여 독특하고 탐구되지 않은 물리적 과정이 작용합니다. 불꽃의 열로 인해 얼음이 녹아서 얼음의 기하학이 바뀌게됩니다. 구체적으로, 연소가 계속됨에 따라 연소 불의 직경이 증가합니다. 따라서, 연소 속도와 수영장과 공동의 기하학적 변화 사이에 강한 결합이 존재한다.
이 독특한 현상을 탐구하기 위해, 5 내지 100 cm 범위의 다양한 직경의 원형 빙상에서 실험을 수행 하였다. 얼음 공동의 형태 변화와 오일 층 두께는 캐비티의 중심선 및 가장자리를 따라 시각적 이미지, 질량 손실 및 온도 데이터의 조합을 사용하여 기록되었다. 결과는 얼음이 화상의 작은 화재 (직경 약 5-10cm)에 대한 소량의 연소 속도에 어떤 영향을 미쳤는지를 보여 주었다. 이는 온대 환경에서 비슷한 크기의 정상 수영장 화재와 비교되었습니다. 얼음 벽은 상당한 방열판을 생성하여 불타는 오일의 에너지 균형에 불리한 주목할만한 측면 열 손실을 유발합니다. 그러나 25-50cm보다 큰 화재 크기가 고려되면 연소 속도와 연소로 제거 된 오일의 양은 온대 주변의 화재와 유사합니다.
이 연구의 또 다른 매혹적인 측면은 얼음 벽이 녹는 독특한 모양이었습니다. 그리고 그것은 더 많은 연구를위한 새로운 길이되었습니다. 얼음 몸 근처의 연소 연료는 얼음 내부의 측면 공동을 형성하기 위해 얼음에 방사상으로 침투하는 것으로 관찰되었습니다. 연료의 액체상 내의 대류 운동은 화염의 열을 얼음으로 이동시키고 녹는 범인이라는 가설이 제안되었다.
이 가설을 평가하기 위해, ICE에서 공동의 형성에서 액체 특성의 역할을 이해하기 위해 상기로부터 다양한 열유속에 노출 된 액체에 인접한 얼음의 용융에 대한 파라 메트릭 실험 연구가 수행되었다. 실험 설정은 ISB 실험에서 관찰 된 측면 공동 형성 문제와 유사한 액체 연료의 융합 속도와 액체 연료의 침투 속도를 측정하도록 설계되었다. 측면 공동 형성은 ISB의 제거 효율을 감소시키는 핵심 요소로 식별된다. 실험은 트레이의 한쪽에 20mm 두께의 얼음 벽 (70mm x 50mm x 20 mm)을 갖는 투명 유리 트레이 (70mm x 70mm × 45 mm)에서 수행되었다. 얼음 벽에 인접한 트레이 (물, N- 펜탄, 도데칸, N- 옥탄, M- Xylene 및 1 부탄올)의 액체는 풀 화재로부터 화염 열 피드백을 모방하는 다양한 열유속에 노출되었다. 다른 액체의 얼음 용해 속도의 결과는 크게 변하는 것으로 밝혀졌습니다.
실험 결과로부터, 열유속의 증가는 용융 시간을 감소시키고, 용융 전면 속도를 증가시키고, 공동 폭을 감소 시켰음을 알 수있다. 실험 결과와 액체 특성의 비교는 녹는 전면 속도가 높은 액체가 비교적 낮은 점도가 높고 표면 장력 계수가 더 높다는 것을 보여 주었다. 예를 들어, N- 옥탄 및 M- 자일 렌은 동일한 열유속 노출에서 시험 된 다른 액체에 비해 얼음을 훨씬 더 빨리 녹았다. 액체의 복사 열 플럭스에 대한 노출은 액체와 얼음 사이의 온도 차이를 초래하여 녹는 데 필요한 에너지를 제공하는 얼음을 향한 열 전달 경로를 만들어 냈습니다.
.스케일링의 결과는 점도, 표면 장력 계수, 열 전도도 및 액체의 밀도로 구성된 액체 특성의 그룹화가 표면 속도의 크기를 결정하는 데 가장 영향력있는 파라미터 인 것으로 인식되었으며 결과적으로 녹는 전면 속도로 인식되었음을 보여 주었다. 이러한 연구의 결과는 석유 유출 대응 전략에 중요합니다.
이러한 발견은 최근 저널 콜드 지역 과학 및 기술에 발표 된 외부 가열 가연성 및 비 염증성 액체에 인접한 얼음의 대류 구동 공동 형성이라는 기사에 설명되어있다. 이 작품은 Worcester Polytechnic Institute와 Maryland University의 Hamed Farmahini Farahani, Tsinghua University의 Yanyun Fu, Edinburgh 대학교의 Grunde Jomaas 및 Worcester Polytechnic Institute의 Ali S. Rangwala의 Grunde Jomaas에 의해 수행되었습니다.
