De som har blandat olja och ättika kan omedvetet ha observerat ett konstigt vätskefenomen som kallas fingerinstabilitet. En typ av detta fenomen, kallas viskös fingering (VF), förekommer i porösa medier där vätskor med olika viskositet konvergerar i fingerformade mönster som ett resultat av växande störningar vid gränssnittet.

Sådana instabiliteter förekommer inom en mängd olika områden. För applikationer som oljeåtervinningsprocessen, eller transport av föroreningar i jord, där en vätska injiceras för att förskjuta olja eller föroreningar, en enhetlig vätskefront krävs för att uppnå högsta volymetriska svepning och effektivitet, gör sådana instabiliteter oönskade.

Å andra sidan, i mikrofluidiska enheter som mikromixer där tröghetseffekter är försumbara, VF är ett effektivt sätt att öka vätskornas blandningshastighet. Förstå olika aspekter av detta fenomen, och de variabler som kan styra saker som instabilitet och hastighetsfördelningsdynamik, kan eventuellt erbjuda alternativ för att styra och utnyttja dessa effekter mer effektivt.

Ett team av forskare vid University of Calgary har arbetat med detta område länge och har nyligen tagit stora framsteg när det gäller att förstå fenomenet. De rapporterar sina fynd i veckan i tidningen Vätskans fysik .

"Mitt arbete är en del av pusslet i utvecklingen inom detta forskningsområde, "sa Benham Dastvareh, en forskare vid University of Calgary. "Min forskning tillåter mig att kombinera mitt intresse för matematik, numeriska metoder och grundforskning inom transportfenomen, och särskilt vätskemekanik. "

Med ett övergripande tillvägagångssätt, Calgary -forskarna införlivade den olinjära simuleringen av de växande fingrarna och analysanalys av stabiliteten av nanofluidförskjutning i ett poröst medium. Genom att kombinera fördelarna med dessa metoder, de uppnådde bättre och mer omfattande förståelse av fenomenet.

Resultaten visade att nanopartiklar inte kan göra ett annars stabilt flöde instabilt, men de kan förstärka eller dämpa instabiliteten hos ett ursprungligen instabilt flöde. Att öka antingen nanopartiklarnas avsättningshastighet eller deras diffusionshastighet destabiliserade flödet. Vidare, nanopartikelavsättning kan ändra en initial monotoniskt minskande viskositetsfördelning - en som är rent minskande eller oförändrad, till en icke-monoton, och resulterar i utvecklingen av virveldipoler.

"Analyser av virvelstrukturer tillsammans med viskositetsfördelningarna tillät oss att förklara de observerade trenderna och de resulterande fingerkonfigurationerna, Sa Dastvareh. "Detta arbete öppnar en port för ytterligare studier och representerar nya fynd som kan användas för att kontrollera den växande instabiliteten i närvaro av nanofluider för olika applikationer."

Detta arbete kan också ha potentiella tillämpningar för läkemedelsleverans, där nanopartiklar inte lätt kan penetrera genom ett poröst medium. "Det är möjligt att viskös fingring kan användas för att öppna en kanal i den mänskliga vävnaden för att överföra dessa nanopartiklar för klinisk behandling, "Sa Dastvareh.