Aquellos que han mezclado aceite y vinagre pueden haber observado sin saberlo un extraño fenómeno de fluido llamado inestabilidad de los dedos. Un tipo de este fenómeno, llamado digitación viscosa (VF), ocurre en medios porosos donde los fluidos de diferente viscosidad convergen en patrones en forma de dedos como resultado de las crecientes perturbaciones en la interfaz.

Tales inestabilidades se encuentran en una amplia variedad de campos. Para aplicaciones como el proceso de recuperación de aceite, o transporte de contaminantes en el suelo, donde se inyecta un fluido para desplazar aceite o contaminantes, Se requiere un frente de fluido uniforme para lograr el mayor barrido volumétrico y efectividad. haciendo indeseables tales inestabilidades.

Por otra parte, en dispositivos de microfluidos como micromezcladores donde los efectos de inercia son insignificantes, VF es un medio eficaz para mejorar la velocidad de mezcla de los fluidos. Entender diferentes aspectos de este fenómeno, y las variables que pueden controlar cosas como inestabilidades y dinámica de distribución de velocidad, potencialmente puede ofrecer opciones para controlar y utilizar estos efectos de manera más eficaz.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Calgary ha estado trabajando en esta área durante mucho tiempo y recientemente logró grandes avances en la comprensión del fenómeno. Informan sus hallazgos esta semana en la revista. Física de fluidos .

"Mi trabajo es parte del rompecabezas en la evolución de esta área de investigación, "dijo Benham Dastvareh, investigador de la Universidad de Calgary. "Mi investigación me permite combinar mi interés por las matemáticas, métodos numéricos e investigación fundamental en los fenómenos del transporte, y particularmente mecánica de fluidos ".

Empleando un enfoque integral, los investigadores de Calgary incorporaron la simulación no lineal de los dedos en crecimiento y también el análisis de estabilidad analítica del desplazamiento de nanofluidos en un medio poroso. Combinando las ventajas de estos métodos, lograron una mejor y más completa comprensión del fenómeno.

Los resultados revelaron que las nanopartículas no pueden hacer inestable un flujo estable, pero pueden aumentar o atenuar la inestabilidad de un flujo originalmente inestable. El aumento de la tasa de deposición de las nanopartículas o su tasa de difusión desestabilizó el flujo. Es más, La deposición de nanopartículas puede cambiar una distribución de viscosidad inicial monótonamente decreciente, una que es puramente decreciente o invariable, a uno no monótono, y da como resultado el desarrollo de dipolos de vórtice.

"Los análisis de las estructuras de vórtice junto con las distribuciones de viscosidad nos permitieron explicar las tendencias observadas y las configuraciones de los dedos resultantes, Dijo Dastvareh. "Este trabajo abre una puerta para más estudios y representa nuevos hallazgos que pueden usarse para controlar las crecientes inestabilidades en presencia de nanofluidos para diferentes aplicaciones".

Este trabajo también puede tener aplicaciones potenciales para la administración de fármacos, donde las nanopartículas no pueden penetrar fácilmente a través de un medio poroso. "Es posible que la digitación viscosa se pueda utilizar para abrir un canal en el tejido humano para transferir estas nanopartículas para el tratamiento clínico". "Dijo Dastvareh.