Wetenschappers hebben onderzocht, Voor de eerste keer, de stroperige vingerzetting (VF, een van de klassieke grensvlakhydrodynamica) van een ringvormige ring, waar 'vingers' in een vloeistof met een eindig volume radiaal groeien, door een combinatie van experiment en numerieke simulatie. Ze tonen aan dat de VF van een ringvormige ring een hardnekkig fenomeen is.

De onderzoekers publiceerden hun resultaten in de Journal of Fluid Mechanics op 6 april, 2021.

Wanneer een minder viskeuze vloeistof in een meer viskeuze vloeistof in een poreus medium beweegt, het grensvlak tussen de twee vloeistoffen wordt onstabiel en vervormt in de vorm van een vinger. Sinds de jaren vijftig, deze VF is bestudeerd als een vloeistofdynamica-probleem. VF kan worden ingedeeld naargelang de minder viskeuze vloeistof de meer viskeuze vloeistof rechtlijnig of radiaal verplaatst.

"Klassiek, VF gevormd op een grensvlak tussen twee semi-oneindige domeinen met verschillende viscositeit is bestudeerd. Echter, onlangs, VF gevormd aan de voor- of de achterkant van de vloeistof met een eindig volume heeft de aandacht getrokken omdat een dergelijke VF relevant is voor chromatografie, verspreiding van grondwaterverontreiniging, en verbeterde oliewinning. Tot dusver, VF's gevormd in vloeistoffen met een eindig volume in lineaire geometrie zijn voornamelijk alleen bestudeerd door numerieke simulatie. Echter, VF's gevormd in vloeistoffen met een eindig volume in radiale geometrie zijn zelden experimenteel of numeriek bestudeerd, "zei Dr. Nagatsu, een van de corresponderende auteurs op het papier, Universitair hoofddocent bij de afdeling Chemische Technologie aan de Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT). "Dit komt door de complexiteit van het creëren van eindigheid in experimenten en moeilijkheden bij het numeriek oplossen van de geldende vergelijkingen."

Het onderzoeksteam slaagde in geïntegreerde analyse-experimenten en numerieke simulatie op VF gevormd in eindige volumevloeistoffen in radiale geometrie (zie figuur). De experimenten worden uitgevoerd met behulp van een met water en glycerol mengbaar systeem in een Hele-Shaw-cel, een experimenteel apparaat om de poreuze mediumstromen na te bootsen. De simulatie wordt gedaan met behulp van de tweefasige Darcy-wet (TPDL) -module van COMSOL (COMSOL Multiphysics).

"Ons team ontdekte dat de VF van een ringvormige ring een hardnekkig fenomeen is in tegenstelling tot de voorbijgaande aard van VF van een plak (zie afbeelding). Hoewel er na enige tijd geen nieuwe vingers meer verschijnen, maar vanwege de radiale spreiding van het beschikbare gebied voor VF, een eindig aantal vingers blijft altijd op een later tijdstip. Verder, we hebben duidelijk aangetoond dat VF alleen werd waargenomen als de breedte van de eindige laag een bepaalde waarde overschrijdt, ' legt Nagatsu uit.

"Blijkbaar laten onze resultaten zien dat de dynamiek van VF in ringvormige ring dramatisch verschilt van die klassieke radiale VF en rechtlijnige VF met één vloeistof ingeklemd tussen lagen van een andere. VF in ringvormige vindt feitelijk plaats bij het verspreiden van grondwaterverontreiniging, en verbeterde oliewinning. Dus, onze bevinding zal ons naar verwachting in staat stellen om zeer nauwkeurige voorspellingen te doen van dergelijke processen, ", voegt Nagatsu toe.