Los científicos han explorado por primera vez, la digitación viscosa (VF, uno de hidrodinámica interfacial clásica) de un anillo anular, donde los 'dedos' en un fluido de volumen finito crecen radialmente, mediante una combinación de experimento y simulación numérica. Demuestran que la FV de un anillo anular es un fenómeno persistente.

Los investigadores publicaron sus resultados en el Revista de mecánica de fluidos el 6 de abril, 2021.

Cuando un fluido menos viscoso se mueve en un fluido más viscoso en un medio poroso, la interfaz entre los dos fluidos se vuelve inestable y se deforma en forma de dedo. Desde la década de 1950, esta FV se ha estudiado como un problema de dinámica de fluidos. La FV se puede clasificar según si el fluido menos viscoso desplaza al más viscoso de forma rectilínea o radial.

"Clásicamente, Se han estudiado los FV formados en una interfaz entre dos dominios semi-infinitos de diferente viscosidad. Sin embargo, recientemente, La FV formada en la interfaz delantera o trasera del fluido de volumen finito ha atraído la atención porque dicha FV es relevante para la cromatografía. propagación de la contaminación de las aguas subterráneas, y recuperación mejorada de petróleo. Hasta aquí, Los FV formados en fluidos de volumen finito en geometría lineal se han estudiado principalmente solo mediante simulación numérica. Sin embargo, Los FV formados en fluidos de volumen finito en geometría radial rara vez se han estudiado experimental o numéricamente ", dijo el Dr. Nagatsu, uno de los autores correspondientes del artículo, Profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Agricultura y Tecnología de Tokio (TUAT). "Esto se debe a la complejidad de crear finitud en los experimentos y las dificultades para resolver numéricamente las ecuaciones que gobiernan".

El equipo de investigación tuvo éxito en experimentos de análisis integrados y simulación numérica en VF formado en fluidos de volumen finito en geometría radial (ver Figura). Los experimentos se llevan a cabo utilizando un sistema miscible en agua y glicerol en una celda Hele-Shaw que es un aparato experimental para imitar los flujos del medio poroso. La simulación se realiza mediante el módulo bifásico de la ley de Darcy (TPDL) de COMSOL (COMSOL Multifísica).

"Nuestro equipo descubrió que la FV de un anillo anular es un fenómeno persistente en contraste con la naturaleza transitoria de la FV de un corte (ver Figura). Aunque los nuevos dedos dejan de aparecer después de algún tiempo, debido a la extensión radial del área disponible para VF, siempre queda un número finito de dedos en un momento posterior. Es más, mostramos claramente que VF se observó solo si el ancho de la capa finita excede algún valor, "Nagatsu explica.

"Aparentemente, nuestros resultados muestran que la dinámica de la FV en el anillo anular es dramáticamente diferente de la FV radial clásica y la FV rectilínea con un fluido intercalado entre capas de otro. La FV en anular en realidad tiene lugar en la propagación de la contaminación del agua subterránea, y recuperación mejorada de petróleo. Por lo tanto, Se espera que nuestro hallazgo nos permita hacer predicciones altamente precisas de dichos procesos, "agrega Nagatsu.