新的研究可以修改60多年来接受的流动粘性液体的理论

时间：2022-05-09 13:25:03 来源：

（顶部）在Hel-Shaw电池中的粘性指法，这是两个平行板之间的薄隙。（底部）在每个系统中完全混溶，不混溶和部分可混溶的界面和粘性指法实验结果的原理图。观察到完全混溶和不混溶的系统的经典粘性指法图案。令人惊讶的是，在部分混溶的系统中，我们观察到多液滴形成模式：这是粘性指法图案的新拓扑变化。

通过部分混溶和产生化学热力学和界面流体动力学的跨学科，发现界面流体动力学的拓扑变化。

日本东京农业和技术大学国际协同团队，印度的印度理工学院（Iit Ropar），在印度，日本大阪大学首次发现了粘性手术的拓扑变化（古典界面流体动力学），其由“部分混溶性”驱动，其中两个液体不完全混合有限的溶解度。这种拓扑变化来自相分离和由其驱动的自发运动。它是一种现象，不能完全混合（完全混溶）系统，其具有无限溶解度或不混溶的系统，没有溶解性。

研究人员在2020年6月30日的流体力学杂志中公布了它们的结果。

当较低的粘性流体在多孔介质中取代更耐粘性的流体时，两种流体之间的界面变得更流体动力学不稳定并且以手指形状变形。这种现象在技术上被称为“粘性指法（VF）”。自20世纪50年代以来，VF已被研究为一个流体动力学问题。然后，现在众所周知，可以根据天气分类，两个流体完全混溶或不混溶。粘性作用动力学有助于了解多孔介质中的流体位移过程中的反应和分离化学过程，以及增强的油回收和CO2螯合。

“已经指出，部分可混溶的流体中的粘性指法发生在具有高压条件下的地下过程中，例如储油和二氧化碳储存。然而，这种粘性指法在最近几年里理论上已经研究过，“东京农业和技术大学化学工程系的副教授之一：副教授之一，纳卡图博士说。“对这种VF的实验研究完全没有完成。其中一个原因是流体力学研究人员没有使用在室温和大气压下部分混溶的实验条件。“

研究小组成功地将系统的混溶性改变为完全混溶，不混溶，在室温和大气压力下粘度的变化很小。它们使用由聚乙二醇（PEG），硫酸钠（Na 2 SO 4）和水（见图）组成的两相系统，这些系统在2019年发布的同一研究团队的论文中描述。这里，在部分混溶的系统中，纯PEG溶液和纯Na 2 SO 4溶液均具有有限溶解度，结果，将相分离成富含PEG的相（L）和富含Na 2 SO 4的相（阶段h）（见图）。

它们通过使用该解决方案系统进行了实验，其中较低粘性液体在Hele-Shaw Cell（参见图）中更加粘地，这是多孔介质中的模型模拟流动。“我们的团队发现在两个液体部分混溶的情况下观察到拓扑变化（见图和电影）。这是粘性指法的拓扑变化的第一个例子，尽管由于各种物理化学效应而言，但是当两种流体完全混溶或不混溶时，已经报道了由于各种物理化学效应的各种变化。Nagatsu解释说，我们清楚地表明这种拓扑变化源自两种流体之间发生的相分离，并在其推动的自发运动之间发生。“

“我们的结果推翻了60多年的vf研究中的常见了解，该研究始于20世纪50年代，vf的特点是不混溶的和完全混溶的案件，并且它表明了部分混溶案件的存在和重要性成为第三个分类类别。这将开设一个涉及流体动力学和化学热力学的新跨学科研究区。而且，在多孔介质中具有部分混溶性的位移从地层和CO 2注射过程中的油回收过程中的位置占据了地层中。因此，我们的发现预计通过利用部分混溶性来创造这些过程的新控制方法，“添加Nagatsu。

参考：Ryuta X. Suzuki，Yuichiro Nagatsu，Manoranjan Mishra和Takahiko Ban，Manoranjan Mishra和Takahiko Ban，Maniranjan Mishra和Takahiko Ban杂志。
10.1017 / JFM.2020.406

这项工作得到了Presto-Jst（No. 25103004“的高效能源利用率的第25103004号”）和JSPS邀请奖学金（No.S15063和No.L19548号）。

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