Il team collaborativo internazionale della Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) in Giappone, Indian Institute of Technology Ropar (IIT Ropar) in India, e l'Università di Osaka in Giappone ha scoperto per la prima volta un cambiamento topologico della diteggiatura viscosa (una delle classiche idrodinamiche interfacciali), che è guidato da "una miscibilità parziale, " dove i due liquidi non si mescolano completamente con solubilità finita. Questo cambiamento topologico ha origine da una separazione di fase e dal moto spontaneo da essa guidato. È un fenomeno che non può essere visto con sistema completamente misto (completamente miscibile) con solubilità infinita o immiscibile sistema senza solubilità.

I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati nel Journal of Fluid Mechanics il 30 giugno, 2020.

Quando un fluido meno viscoso sposta un fluido più viscoso in mezzi porosi, l'interfaccia tra i due fluidi diventa idrodinamicamente instabile e si deforma a forma di dito. Questo fenomeno è tecnicamente chiamato "diteggiatura viscosa (VF)". Dagli anni Cinquanta, la VF è stata studiata come un problema di fluidodinamica. Quindi, è ormai ampiamente noto che le proprietà possono essere classificate in base al clima i due fluidi sono completamente miscibili o immiscibili. La dinamica della diteggiatura viscosa aiuta a comprendere il processo di spostamento del fluido nei mezzi porosi nelle reazioni e la separazione nei processi chimici, così come nel recupero potenziato dell'olio e della CO ₂ sequestro.

"È stato a lungo sottolineato che la diteggiatura viscosa in fluidi parzialmente miscibili si verifica in processi sotterranei con condizioni di alta pressione, come recupero olio e CO ₂ Conservazione. Però, tale diteggiatura viscosa è stata teoricamente studiata negli ultimi anni, " ha detto il dottor Nagatsu, uno degli autori corrispondenti dell'articolo e Professore Associato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica dell'Università di Agricoltura e Tecnologia di Tokyo (TUAT). "Gli studi sperimentali di tale FV non sono stati affatto condotti. Uno dei motivi è che i ricercatori di meccanica dei fluidi non hanno utilizzato condizioni sperimentali 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 a temperatura ambiente e pressione atmosferica. Hanno usato un sistema acquoso a due fasi costituito da polietilenglicole (PEG), solfato di sodio (Na ₂ COSÌ ₄ ), e acqua, che sono stati descritti nel documento dello stesso gruppo di ricerca pubblicato nel 2019. Qui, nel sistema parzialmente miscibile, una soluzione di PEG puro e un Na . puro ₂ COSÌ ₄ soluzione si dissolvono a vicenda con solubilità finita, e come risultato, la fase viene separata in una fase ricca di PEG (fase L) e una Na ₂ COSÌ ₄ -fase ricca (fase H).

Hanno effettuato esperimenti utilizzando questo sistema di soluzione in cui un liquido meno viscoso sposta uno più viscoso in una cella Hele-Shaw che è un modello che imita il flusso in mezzi porosi. "Il nostro team ha scoperto che si osserva un cambiamento topologico nel caso in cui i due liquidi siano parzialmente miscibili. Questo è il primo caso di cambiamento topologico nella diteggiatura viscosa, sebbene vari cambiamenti nel modello dovuti a vari effetti fisico-chimici, finora, sono stati segnalati quando i due fluidi sono completamente miscibili o immiscibili. Abbiamo chiaramente mostrato che questo cambiamento topologico ha origine da una separazione di fase che si verifica tra i due fluidi e il movimento spontaneo da esso guidato, "Spiega Nagatsu.

"Il nostro risultato capovolge la comprensione comune di oltre 60 anni di ricerca sulla FV iniziata negli anni '50 secondo cui le caratteristiche della FV sono divise in casi immiscibili e completamente miscibili e dimostra l'esistenza e l'importanza del caso parzialmente miscibile, che diventa la terza categoria di classificazione. 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. Così, la nostra scoperta dovrebbe creare una nuova metodologia di controllo di quei processi utilizzando la miscibilità parziale, "aggiunge Nagatsu.