Gli scienziati hanno esplorato, per la prima volta, la diteggiatura viscosa (VF, una delle classiche idrodinamiche interfacciali) di un anello anulare, dove le 'dita' in un fluido di volume finito crescono radialmente, attraverso una combinazione di esperimento e simulazione numerica. Dimostrano che la FV di un anello anulare è un fenomeno persistente.

I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati nel Journal of Fluid Mechanics il 6 aprile, 2021.

Quando un fluido meno viscoso si muove in un fluido più viscoso in un mezzo poroso, l'interfaccia tra i due fluidi diventa instabile e si deforma a forma di dito. Dagli anni Cinquanta, questa VF è stata studiata come un problema di fluidodinamica. La VF può essere classificata a seconda che il fluido meno viscoso sposti il ​​più viscoso rettilineo o radialmente.

"Classicamente, Sono state studiate le VF formate all'interfaccia tra due domini semi-infiniti di diversa viscosità. Però, recentemente, La VF formata all'interfaccia anteriore o posteriore del fluido di volume finito ha attirato l'attenzione perché tale VF è rilevante per la cromatografia, diffusione della contaminazione delle acque sotterranee, e potenziato recupero del petrolio. Finora, Le VF formate in fluidi a volume finito in geometria lineare sono state principalmente studiate solo mediante simulazione numerica. Però, Le VF formate in fluidi a volume finito in geometria radiale sono state raramente studiate sperimentalmente o numericamente", ha affermato il dott. Nagatsu, uno degli autori corrispondenti sull'articolo, Professore Associato nel Dipartimento di Ingegneria Chimica dell'Università di Agraria e Tecnologia di Tokyo (TUAT). "Ciò è dovuto alla complessità di creare finitezza negli esperimenti e alle difficoltà nel risolvere numericamente le equazioni governative".

Il team di ricerca è riuscito in esperimenti di analisi integrata e simulazione numerica su VF formati in fluidi a volume finito in geometria radiale (vedi figura). Gli esperimenti vengono condotti utilizzando un sistema miscibile acqua-glicerolo in una cella di Hele-Shaw che è un apparato sperimentale per imitare i flussi del mezzo poroso. La simulazione viene eseguita utilizzando il modulo della legge di Darcy a due fasi (TPDL) di COMSOL (COMSOL Multiphysics).

"Il nostro team ha scoperto che la FV di un anello anulare è un fenomeno persistente in contrasto con la natura transitoria della FV di una fetta (vedi figura). Sebbene le nuove dita cessino di apparire dopo qualche tempo, ma a causa della diffusione radiale dell'area disponibile per VF, un numero finito di dita rimane sempre in un secondo momento. Per di più, abbiamo chiaramente mostrato che VF è stato osservato solo se la larghezza dello strato finito supera un certo valore, "Spiega Nagatsu.

"Apparentemente i nostri risultati mostrano che la dinamica della VF nell'anello anulare è drammaticamente diversa da quella della VF radiale classica e della VF rettilinea con un fluido inserito tra gli strati di un altro. La VF nell'anello anulare si verifica effettivamente nella diffusione della contaminazione delle acque sotterranee, e potenziato recupero del petrolio. Così, la nostra scoperta dovrebbe consentirci di fare previsioni altamente accurate di tali processi, "aggiunge Nagatsu.