(a) Diagramma di fase del sistema PEG 8000-Na2SO4-acqua e dei sistemi di soluzione utilizzati nel presente studio. La regione I è una regione a una fase e la regione II è una regione a due fasi. Quando la concentrazione è impostata nel triangolo rosso, la soluzione viene separata in due fasi, fase L e fase H. Le composizioni della soluzione utilizzate nell'immiscibile, completamente miscibile, e i sistemi parzialmente miscibili sono indicati in rosso, Nero, e cerchi verdi, rispettivamente. (b) Quando un liquido più viscoso viene iniettato da un unico punto in una cella di Hele-Shaw (uno spazio tra due piastre piane parallele con una distanza molto piccola b (=0,3 mm)) riempita con un liquido meno viscoso, la loro interfaccia diventa idrodinamicamente stabile e si allarga in un cerchio. (c) Spostamento idrodinamicamente stabile nell'immiscibile, completamente miscibile, e sistemi parzialmente miscibili per una data portata. Le immagini vengono scattate quando il raggio più lungo dello schema di spostamento è 42 mm e il tempo di iniezione è mostrato nell'angolo inferiore destro di ciascuna immagine. I cerchi nella figura corrispondono ai cerchi nel diagramma di fase di (a). Questo è, nel sistema immiscibile, le composizioni della soluzione più viscosa e della soluzione meno viscosa sono rappresentate dal cerchio aperto in rosso e dal cerchio pieno in rosso. Nel sistema completamente miscibile, la composizione della soluzione più viscosa, dei meno viscosi, e della loro soluzione mista sono rappresentati da un cerchio aperto in nero, cerchio pieno in nero, e stella in nero. Nel sistema parzialmente miscibile, sono rappresentati da un cerchio aperto in nero, cerchio pieno in nero, e stella in verde. Credito:Yuichiro Nagatsu/ TUAT
Il team collaborativo internazionale della Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT, Giappone), IIT Ropar (India), Osaka Univ. (Giappone) ha scoperto che "parzialmente miscibilità, " in cui due liquidi non si mescolano completamente con solubilità finita, è in grado di deformare l'interfaccia liquido-liquido. Questa deformazione interfacciale ha origine dal movimento spontaneo guidato dalla separazione di fase tra le specie solubili, ed è un fenomeno che non può essere visto con completamente mescolato (completamente miscibile) con solubilità infinita o (quasi) immiscibile senza solubilità.
I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati in Fluidi per la revisione fisica il 29 ottobre, 2019.
Il processo di spostamento di un fluido in un mezzo poroso iniettando un altro fluido è importante nelle reazioni e nelle separazioni nei processi chimici, così come nel recupero potenziato dell'olio e della CO 2 sequestro. In particolare, quando un fluido meno viscoso sposta un fluido più viscoso, l'interfaccia tra i due fluidi diventa idrodinamicamente instabile e si deforma a forma di dito. Questo fenomeno è chiamato "diteggiatura viscosa, " ed è stato studiato fin dagli anni '50 come un problema di fluidodinamica. Ora, è ampiamente noto che le proprietà di questi due fluidi possono essere tradizionalmente classificate a seconda che siano completamente miscibili o immiscibili. D'altra parte, quando un fluido più viscoso sposta un fluido meno viscoso, classicamente l'interfaccia si diffonde stabilmente, indipendentemente dal fatto che i due fluidi siano completamente miscibili o immiscibili.
"È noto da tempo che due fluidi sono parzialmente miscibili in processi sotterranei con condizioni di alta pressione, come recupero olio e CO 2 Conservazione, "ha detto il dottor Nagatsu, autore corrispondente dell'articolo e professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica del TUAT. "Però, l'intricata sottovalutazione delle dinamiche interfacciali in sistemi parzialmente miscibili non è stata ben studiata. Uno dei motivi è che finora la ricerca sullo spostamento dei fluidi è stata condotta principalmente da ricercatori di meccanica dei fluidi, e non hanno trovato i sistemi sperimentali che sono parzialmente miscibili a temperatura ambiente e pressione atmosferica".
Il team di ricerca è riuscito a modificare la miscibilità del sistema in completamente miscibile, immiscibile, e parzialmente miscibile con poca variazione delle viscosità di liquidi ad alta o bassa viscosità a temperatura ambiente e pressione atmosferica utilizzando un sistema acquoso a due fasi costituito da polietilene-glicole (PEG), solfato di sodio, e acqua e variando la concentrazione di sale (sodio-solfato) (vedi Fig. a).
"Abbiamo scoperto che si osserva una nuova deformazione interfacciale nel caso in cui i due liquidi siano parzialmente miscibili (vedi Fig. c) quando un liquido più viscoso ne sposta uno meno viscoso in una cella di Hele-Shaw (Fig. b) che è un modello che imita il flusso in mezzi porosi.Questo è molto controintuitivo perché nessuna deformazione avviene in una situazione del genere quando i due fluidi sono completamente miscibili o immiscibili (Fig. b).Abbiamo mostrato che questa instabilità interfacciale ha origine a causa di flusso guidato dalla separazione di fase tra le specie solubili, "Spiega Nagatsu.
"Il nostro risultato mostra che l'effetto della miscibilità parziale dei liquidi sull'idrodinamica interfacciale non è a metà tra completamente miscibile e immiscibile, ma ha proprietà completamente diverse. Sottolineiamo che questo aprirà una nuova area di ricerca interdisciplinare che coinvolge l'idrodinamica e la termodinamica chimica. Anche, lo spostamento con miscibilità parziale in un mezzo poroso avviene nel processo di recupero dell'olio dalla formazione e della CO 2 processo di iniezione nella formazione, e quindi la nostra scoperta dovrebbe contribuire a migliorare l'accuratezza della previsione dei fenomeni di quei processi, "aggiunge Nagatsu.
