Under de senaste 20 åren har oljeindustrin har börjat en gradvis övergång bort från lätta oljor, som konsumeras successivt, mot tyngre oljor. Men att transportera tunga oljor kostnadseffektivt är en stor utmaning eftersom tungoljor är trögflytande-i huvudsak en tjock, klibbig och halvflytande röra.

Att stabilisera gränssnittet för flerskiktsflöden för transport är ingen lätt uppgift. Medan flera potentiella lösningar har föreslagits, Det finns för närvarande ingen metod som passar alla och som fungerar för alla applikationer.

Ett sätt att övermanövrera detta problem, som University of British Columbia forskare rapporterar i Vätskans fysik , är en teknik för viskoplastisk smörjning (VPL). Det kan komplettera befintliga metoder för att stabilisera gränssnitt inom flerskiktsflöden.

Viskoplasticitet beskriver egenskaperna i vilka en massa fungerar som ett fast ämne under ett kritiskt värde av spänning men flyter som en viskös vätska när spänningen ökar.

Forskarnas arbete fokuserar på flerskiktsflöden, specifikt smord pipeline flöde. I smord pipeline flöde, en tunn vätska, som vatten, används för att smörja rörledningen via kärn-ringformiga flöden. Men denna metod lider av gränssnittsinstabilitet, vilket innebär att olja och vatten kan blandas och göra det svårare att separera nedströms.

"I flerskiktsflöden, gränssnitten mellan två vätskor är mycket instabila på grund av skillnaderna mellan vätskeegenskaper, "sade Ian Frigaard, professor i maskinteknik och tillämpad matematik.

Tidigare arbete med avkastningsstressvätskor av forskarna föreslog att en ny konfiguration kan förhindra att instabilitet växer. Deras VPL -teknik placerar ett lager av flytspänningsvätska mellan tungoljan och smörjmedlet för att bilda en flödestabiliserande hud.

"Flytande stressvätskor - tänk tandkräm eller hårgeler - fungerar som ett fast ämne om den applicerade påkänningen är mindre än dess sträckgräns (punkt vid vilken ett material börjar deformeras), "sa Parisa Sarmadi, en doktorand som arbetar med Frigaard. "Vår idé är att bibehålla detta skikt helt orubbligt, så vätskans gränssnittsskikt fungerar som ett fast ämne. Detta eliminerar gränssnittsinstabilitet. "

Ett annat nyckelbegrepp som ingår i detta arbete är gränssnittsformning. "Vi kan styra inloppets flödeshastigheter på ett sätt att forma gränssnittet som vi önskar, "sa Sarmadi." Det formade gränssnittet genererar tryck i det yttre lagret, och dessa tryck motverkar kärnans flytkraft för att centrera kärnvätskan. Vanligtvis, den transporterade oljan är mindre tät än smörjvattnet. "

För detta arbete och tidigare studier, forskarna visade att VPL -tekniken kan optimeras för att uppfylla ett systems specifika krav. De upptäckte också att flytspänningen som krävs för dessa applikationer lätt kan uppnås med tillgängliga vätskor.

Detta innebär att för alla driftsinmatningar, flödeshastigheter, geometrier och vätskeegenskaper, VPL -tekniken kan optimeras baserat på pumpeffekt, genererad kraft och erforderlig sträckgräns. "Möjligheten att forma flytspänningsvätskan kom som en stor överraskning för oss, "sade Frigaard." Men effektivt kan vilken form som helst påläggas gränssnittet om flödeshastigheterna kontrolleras ordentligt och det finns tillräckligt med flytspänning. "