Gedurende de afgelopen 20 jaar, de olie-industrie is begonnen met een geleidelijke overgang van lichte oliën, die geleidelijk worden geconsumeerd, naar zwaardere oliën. Maar het kosteneffectief vervoeren van zware oliën is een grote uitdaging omdat zware oliën stroperig zijn - in wezen een dikke, kleverige en halfvloeibare puinhoop.

Het stabiliseren van de interface van meerlaagse stromen voor transport is geen gemakkelijke taak. Hoewel er verschillende mogelijke oplossingen zijn voorgesteld, er bestaat momenteel geen one-size-fits-all aanpak die voor alle toepassingen werkt.

Een manier om dit probleem te omzeilen, zoals onderzoekers van de University of British Columbia rapporteren in Fysica van vloeistoffen , is een viscoplastische smering (VPL) techniek. Het kan bestaande methoden aanvullen om interfaces binnen meerlaagse stromen te stabiliseren.

Viscoplasticiteit beschrijft de eigenschap(pen) waarin een massa zich gedraagt ​​als een vaste stof onder een kritische waarde van spanning, maar stroomt als een stroperige vloeistof naarmate de spanning toeneemt.

Het werk van de onderzoekers richt zich op meerlaagse stromen, specifiek gesmeerde pijpleidingstroom. In gesmeerde pijpleidingstroom, een dunne vloeistof, zoals water, wordt gebruikt om de pijpleiding te smeren via kern-ringvormige stromen. Maar deze methode lijdt aan grensvlakinstabiliteiten, wat betekent dat de olie en het water kunnen vermengen en het moeilijker maken om stroomafwaarts te scheiden.

"In meerlaagse stromen, de grensvlakken tussen twee vloeistoffen zijn zeer onstabiel vanwege de verschillen tussen vloeistofeigenschappen, " zei Ian Frigaard, hoogleraar werktuigbouwkunde en toegepaste wiskunde.

Eerder werk van de onderzoekers aan vloeispanningsvloeistoffen suggereerde dat een nieuwe configuratie zou kunnen voorkomen dat instabiliteiten groeien. Hun VPL-techniek plaatst een laag vloeispanningsvloeistof tussen de zware olie en het smeermiddel om een ​​stroomstabiliserende huid te vormen.

"Opbrengstspanningsvloeistoffen - denk aan tandpasta of haargels - werken als een vaste stof als de uitgeoefende spanning minder is dan de vloeispanning (punt waarop een materiaal begint te vervormen), " zei Parisa Sarmadi, een promovendus die samenwerkt met Frigaard. "Ons idee is om deze laag volledig onbuigzaam te houden, dus de grenslaag van de vloeistof werkt als een vaste stof. Dit elimineert grensvlakinstabiliteiten."

Een ander belangrijk concept dat bij dit werk betrokken is, is interface-shaping. "We kunnen de inlaatstroomsnelheden regelen op een manier om de interface naar wens vorm te geven, " zei Sarmadi. "De gevormde interface genereert druk in de buitenste laag, en deze drukken werken als tegenwicht voor het drijfvermogen van de kern om de kernvloeistof te centreren. Typisch, de getransporteerde olie is minder dicht dan het smeerwater."

Voor dit werk en eerdere studies, de onderzoekers toonden aan dat de VPL-techniek kan worden geoptimaliseerd om aan de specifieke vereisten van een systeem te voldoen. Ze ontdekten ook dat de vloeispanning die nodig is voor deze toepassingen gemakkelijk haalbaar is met beschikbare vloeistoffen.

Dit betekent dat voor alle operationele inputs, stroomsnelheden, geometrieën en vloeistofeigenschappen, de VPL-techniek kan worden geoptimaliseerd op basis van pompvermogen, gegenereerde kracht en vereiste vloeispanning. "Het vermogen om de vloeispanningsvloeistof vorm te geven, kwam als een grote verrassing voor ons, "zei Frigaard. "Maar in feite kan elke vorm aan de interface worden opgelegd als de stroomsnelheden goed worden geregeld en er voldoende vloeispanning is."