現場燃焼 (ISB) は、流出油の浄化における従来の方法です。手動または機械による回収と比較して、必要な機器が少なくて済みます。また、より高速ではるかに安価です。 ISB は、メキシコ湾の 2010 年のディープウォーター ホライズン スピルで広く使用されました。しかし、次の大規模な流出が、海洋環境で何らかの形の氷が見つかる可能性が高いアラスカ北部で発生した場合はどうなるでしょうか。
北極圏の凍った状態で油流出が発生した場合、現場燃焼 (ISB) が効率的な浄化のための唯一の選択肢となる可能性があります。これは、北極の僻地と厳しい気候条件により、流出直後に重機を配備して、機械的回収または分散剤の使用を促進することが不可能になる可能性があるためです。油流出のクリーンアップ。
北極地域では、油流出につながる可能性のあるさまざまな海洋活動がいくつかあります。この地域の氷期が長くなったために最近強化された活動は、油流出の可能性を高めると予想されます。さらに、石油会社はここ数年、北極での石油探査に 6 億ドル以上を費やしてきました。アナリストは、北極での石油探査への投資が 1,000 億ドル以上に達すると予測しており、他の多くの国 (米国を含む) が莫大な資源を投資しています。
氷が水の上にあり、油が流氷の間にある状況では、ISB を使用することで、ユニークで未踏の物理プロセスが作用します。炎からの熱による氷の融解により、氷の形状が変化します。具体的には、燃え続けると燃える火の直径が大きくなります。したがって、燃焼速度とプールと空洞の形状変化との間には強い結合が存在します。
このユニークな現象を調査するために、5 から 100 cm の範囲のさまざまな直径の円形の氷の空洞で実験が行われました。氷の空洞の形状の変化と油層の厚さは、空洞の中心線と端に沿った視覚的画像、質量損失、および温度データの組み合わせを使用して記録されました。結果は、氷が燃焼速度にどのように影響するかを示しており、氷の中での小さな火災 (直径約 5 ～ 10 cm) の場合、燃焼速度の低下が観察されました。これは、温帯環境における同様のサイズの通常のプール火災と比較されました。氷の壁はかなりのヒートシンクを作り出し、燃焼油のエネルギーバランスにとって不利な横方向の顕著な熱損失を引き起こします。ただし、25 ～ 50 cm を超える規模の火災を考慮すると、燃焼速度と燃焼によって除去される油の量は、温帯の環境での火災と同様になります。
この研究のもう 1 つの魅力的な側面は、氷の壁が溶けている独特の形状であり、さらなる研究の新たな道筋となりました。氷体の近くで燃えている燃料は、氷の中に放射状に浸透して、氷の内側に横方向の空洞を形成することが観察されました。燃料の液相内の対流運動が炎の熱を氷に向かって伝達し、それを溶かす原因であるという仮説が提案されました。
この仮説を評価するために、氷の空洞の形成における液体特性の役割を理解するために、上からさまざまな熱流束にさらされた液体に隣接する氷の融解に関するパラメトリック実験的研究が行われました。実験装置は、氷の融解速度と液体燃料の浸透速度を測定するように設計されており、ISB 実験で観察された横方向の空洞形成の問題と同様です。側方空洞の形成は、ISB の除去効率を低下させる重要な要因として特定されています。実験は透明なガラストレー（７０ｍｍ×７０ｍｍ×４５ｍｍ）の一方の側に厚さ２０ｍｍの氷壁（７０ｍｍ×５０ｍｍ×２０ｍｍ）を置いて実施した。氷壁に隣接したトレイ内の液体 (水、n-ペンタン、ドデカン、n-オクタン、m-キシレン、および 1-ブタノール) は、プールの火からの炎熱フィードバックを模倣するさまざまな熱流束にさらされました。異なる液体間での氷の融解速度の結果は、大幅に異なることが判明しました.
実験結果から、熱流束の増加は、溶融時間の短縮、溶融先端速度の増加、キャビティ幅の減少を示しています。実験結果と液体の特性を比較すると、融解フロント速度が高い液体ほど、粘度が相対的に低く、表面張力係数が高いことがわかりました。たとえば、n-オクタンと m-キシレンは、同じ熱流束暴露でテストされた他の液体と比較して、はるかに速く氷を溶かしました。液体が放射熱流束にさらされると、液体と氷の間に温度差が生じ、それによって融解に必要なエネルギーを提供する氷への熱伝達経路が作成されます。
スケーリングの結果は、粘度、表面張力係数、熱伝導率、および液体の密度からなる液体特性のグループ化が、表面速度の大きさを決定する上で最も影響力のあるパラメーターであると認識されていることを示しました。融解前線速度。このような調査結果は、油流出対応戦略にとって重要です。
これらの調査結果は、ジャーナル Cold Regions Science and Technology に最近掲載された、外部から加熱された可燃性および非可燃性液体に隣接する氷における対流駆動型空洞形成というタイトルの記事で説明されています。 この作業は、ウースター工科大学とメリーランド大学のハメッド・ファルマヒニ・ファラハニ、清華大学のヤンユン・フー、エジンバラ大学とデンマーク工科大学のグルンデ・ジョマース、ウースター工科大学のアリ・S・ラングワラによって行われました。
