Aqueles que misturaram óleo e vinagre podem ter, sem saber, observado um estranho fenômeno de fluido chamado instabilidade de digitação. Um tipo desse fenômeno, chamado dedilhado viscoso (VF), ocorre em meios porosos onde fluidos de viscosidade diferente convergem em padrões em forma de dedo como resultado de distúrbios crescentes na interface.

Essas instabilidades são encontradas em uma ampla variedade de campos. Para aplicações como o processo de recuperação de óleo, ou transporte de contaminantes no solo, onde um fluido é injetado para deslocar óleo ou contaminantes, uma frente de fluido uniforme é necessária para alcançar a maior varredura volumétrica e eficácia, tornando tais instabilidades indesejáveis.

Por outro lado, em dispositivos microfluídicos, como micromixers, onde os efeitos inerciais são desprezíveis, VF é um meio eficaz de aumentar a taxa de mistura dos fluidos. Compreender diferentes aspectos deste fenômeno, e as variáveis ​​que podem controlar coisas como instabilidades e dinâmica de distribuição de velocidade, pode potencialmente oferecer opções para controlar e utilizar esses efeitos de forma mais eficaz.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Calgary vem trabalhando nessa área há muito tempo e recentemente fez grandes avanços na compreensão do fenômeno. Eles relatam suas descobertas esta semana no jornal Física dos Fluidos .

“Meu trabalho faz parte do quebra-cabeça da evolução nessa área de pesquisa, "disse Benham Dastvareh, pesquisador da Universidade de Calgary. "Minha pesquisa me permite combinar meu interesse em matemática, métodos numéricos e pesquisa fundamental em fenômenos de transporte, e particularmente a mecânica dos fluidos. "

Empregando uma abordagem abrangente, os pesquisadores de Calgary incorporaram a simulação não linear dos dedos em crescimento e também a análise de estabilidade analítica do deslocamento de nanofluidos em um meio poroso. Ao combinar as vantagens desses métodos, eles alcançaram uma compreensão melhor e mais abrangente do fenômeno.

Os resultados revelaram que as nanopartículas não podem tornar um fluxo estável de outra forma instável, mas podem aumentar ou atenuar a instabilidade de um fluxo originalmente instável. O aumento da taxa de deposição das nanopartículas ou de sua taxa de difusão desestabilizou o fluxo. Além disso, a deposição de nanopartículas pode alterar uma distribuição inicial de viscosidade monotonicamente decrescente - uma que é puramente decrescente ou imutável, para um não monotônico, e resulta no desenvolvimento de dipolos de vórtice.

"As análises das estruturas de vórtice juntamente com as distribuições de viscosidade nos permitiram explicar as tendências observadas e as configurações de dedo resultantes, Dastvareh disse. "Este trabalho abre uma porta para novos estudos e representa novas descobertas que podem ser usadas para controlar as crescentes instabilidades na presença de nanofluidos para diferentes aplicações."

Este trabalho também pode ter aplicações potenciais para entrega de drogas, onde as nanopartículas não podem penetrar facilmente através de um meio poroso. "É possível que a digitação viscosa possa ser usada para abrir um canal no tecido humano para transferir essas nanopartículas para tratamento clínico, "Dastvareh disse.