Det internationella samarbetsteamet vid Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) i Japan, Indian Institute of Technology Ropar (IIT Ropar) i Indien, och Osaka University i Japan har för första gången upptäckt en topologisk förändring av viskös fingring (en av klassisk gränssnittshydrodynamik), som drivs av "en delvis blandbarhet, "där de två vätskorna inte blandas helt med ändlig löslighet. Denna topologiska förändring härrör från en fasseparation och den spontana rörelse som drivs av den. Det är ett fenomen som inte kan ses med ett helt blandat (fullt blandbart) system med oändlig löslighet eller oblandbar. system utan löslighet.

Forskarna publicerade sina resultat i Journal of Fluid Mechanics den 30 juni, 2020.

När en mindre viskös vätska förskjuter en mer viskös vätska i porösa medier, gränssnittet mellan de två vätskorna blir hydrodynamiskt instabilt och deformeras i en fingerform. Detta fenomen kallas tekniskt "Viskös fingering (VF)". Sedan 1950 -talet har VF har studerats som ett problem med vätskedynamik. Sedan, det är nu allmänt känt att egenskaperna kan klassificeras efter väder, de två vätskorna är helt blandbara eller icke blandbara. Den viskösa fingerdynamiken hjälper till att förstå processen för vätskeförskjutning i porösa medier vid reaktioner och separation i kemiska processer, samt förbättrad oljeåtervinning och CO ₂ kvarstad.

"Det har länge påpekats att viskös fingring i delvis blandbara vätskor sker i underjordiska processer med högtrycksförhållanden, såsom oljeutvinning och CO ₂ lagring. Dock, sådan viskös fingring har teoretiskt studerats under de senaste åren, "sa Dr. Nagatsu, en av motsvarande författare på tidningen och docent vid Institutionen för kemiteknik vid Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT). "Experimentella studier av sådan VF har inte gjorts alls. En av anledningarna är att vätskemekanikforskare inte använde experimentella förhållanden som var delvis blandbara vid rumstemperatur och atmosfärstryck."

Forskargruppen lyckades ändra systemets blandbarhet till fullt blandbar, oblandbar, och delvis blandbar med liten förändring av viskositeterna vid rumstemperatur och atmosfärstryck. De använde ett vattenhaltigt tvåfassystem bestående av polyetylenglykol (PEG), natriumsulfat (Na ₂ SÅ ₄ ), och vatten, som beskrivs i samma forskargrupps publicering som publicerades 2019. Här, i det delvis blandbara systemet, en ren PEG -lösning och en ren Na ₂ SÅ ₄ lösning löser varandra med ändlig löslighet, och som resultat, fasen separeras i en PEG-rik fas (fas L) och en Na ₂ SÅ ₄ -rik fas (fas H).

De har utfört experiment med hjälp av detta lösningssystem där en mindre viskös vätska förskjuter en mer viskös i en Hele-Shaw-cell som är en modell som efterliknar flöde i porösa medier. "Vårt team fann att topologisk förändring observeras i det fall där de två vätskorna är delvis blandbara. Detta är den första förekomsten av topologisk förändring i viskös fingring även om olika förändringar i mönstret beror på olika fysikalisk -kemiska effekter, än så länge, har rapporterats när de två vätskorna är helt blandbara eller icke blandbara. Vi visade tydligt att denna topologiska förändring härrör från en fasseparation som uppstår mellan de två vätskorna och den spontana rörelse som drivs av den, "Förklarar Nagatsu.

"Vårt resultat störtar den gemensamma förståelsen för mer än 60 år inom VF -forskning som började på 1950 -talet att egenskaperna hos VF är indelade i oblandbara och helt blandbara fall och det visar existensen och betydelsen av det delvis blandbara fallet, som blir den tredje klassificeringskategorin. Detta kommer att öppna ett nytt tvärvetenskapligt forskningsområde som involverar hydrodynamik och kemisk termodynamik. Också, förskjutningen med delvis blandbarhet i ett poröst medium sker i oljeutvinningsprocessen från formationen och CO ₂ injektionsprocess i formationen. Således, vårt fynd förväntas skapa ny kontrollmetodik för dessa processer genom att använda den partiella blandbarheten, "tillägger Nagatsu.