新研究可能会修改已有60年历史的有关流动粘性液体的理论

日本东京农业科技大学(TUAT)，印度印度工业大学Ropar(IIT Ropar)和日本大阪大学的国际合作团队首次发现了粘性指法的拓扑变化(经典之一)。界面流体动力学)，这是由“部分混溶性”驱动的，其中两种液体不会以有限的溶解度完全混合。这种拓扑变化源自相分离和由其驱动的自发运动。这种现象在具有无限溶解度的完全混合(完全可混溶)系统或没有溶解度的不混溶系统中无法看到。

研究人员于2020年6月30日在《流体力学杂志》上发表了他们的研究结果。

当粘度较低的流体在多孔介质中置换粘度较高的流体时，两种流体之间的界面在流体动力学上变得不稳定，并变形为手指形状。该现象在技术上称为“粘性指法(VF)”。自1950年代以来，VF已作为一个流体动力学问题进行了研究。然后，现在众所周知，可以根据天气将两种流体完全混溶或不混溶来对性质进行分类。粘性指动态力学有助于理解多孔介质中流体在化学过程中的反应和分离以及增强的油采收率和CO 2固存中的驱替过程。

“长期以来，人们一直指出，部分可混溶流体中的粘性指法发生在具有高压条件的地下过程中，例如采油和CO 2储存。但是，在过去的几年中，已经对这种粘性指法进行了理论研究，” Nagatsu博士是该论文的通讯作者之一，东京农业技术大学(TUAT)化学工程系副教授。“根本没有进行这种VF的实验研究。原因之一是流体力学研究人员没有使用在室温和大气压下可部分混溶的实验条件。”

研究团队成功地将系统的可混溶性更改为完全可混溶，不可混溶和部分可混溶，而室温和大气压下的粘度变化很小。他们使用了由聚乙二醇(PEG)，硫酸钠(Na 2 SO 4)和水组成的水两相系统，这在2019年发表的同一研究团队的论文中进行了描述。此处，在部分混溶的系统中，纯PEG溶液和纯Na 2 SO 4溶液以有限的溶解度彼此溶解，结果，该相被分离为富PEG相(L相)和富Na 2 SO 4相(相2相)。 H)。

他们通过使用这种溶液系统进行了实验，在该系统中，低粘度的液体替代了Hele-Shaw池中的高粘度液体，该池是模拟多孔介质中流动的模型。“我们的团队发现，在两种液体可部分混溶的情况下观察到拓扑变化。这是粘性指状拓扑变化的第一个实例，尽管到目前为止，已经报道了由于各种物理化学作用导致的模式变化。两种流体完全可混溶或不混溶。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以及由其驱动的自发运动。” Nagatsu解释说。

“我们的研究结果颠覆了1950年代开始的VF研究超过60年的共识，即VF的特征被分为互不相容和完全互溶的案例，并证明了部分互溶的案例的存在和重要性，这成为第三种情况。分类类别，这将打开一个涉及流体力学和化学热力学的新的跨学科研究领域，而且，在地层和CO 2的采油过程中，在多孔介质中具有部分混溶性的驱替发生了。注入过程成地层。因此，我们的发现有望通过利用部分混溶性为这些过程创造一种新的控制方法。” Nagatsu补充说。

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