A equipe colaborativa internacional da Universidade de Agricultura e Tecnologia de Tóquio (TUAT) no Japão, Instituto Indiano de Tecnologia Ropar (IIT Ropar) na Índia, e a Universidade de Osaka no Japão descobriu pela primeira vez uma mudança topológica de digitação viscosa (uma da hidrodinâmica interfacial clássica), que é impulsionado por "uma miscibilidade parcial, "onde os dois líquidos não se misturam completamente com solubilidade finita. Essa mudança topológica se origina de uma separação de fase e do movimento espontâneo impulsionado por ela. É um fenômeno que não pode ser visto com sistema completamente misturado (totalmente miscível) com solubilidade infinita ou imiscível sistema sem solubilidade.

Os pesquisadores publicaram seus resultados no Journal of Fluid Mechanics em 30 de junho, 2020.

Quando um fluido menos viscoso desloca um fluido mais viscoso em meios porosos, a interface entre os dois fluidos torna-se hidrodinamicamente instável e se deforma em forma de dedo. Este fenômeno é denominado tecnicamente de "digitação viscosa (VF)". Desde a década de 1950, o VF foi estudado como um problema de dinâmica de fluidos. Então, agora é amplamente conhecido que as propriedades podem ser classificadas de acordo com o tempo em que os dois fluidos são totalmente miscíveis ou imiscíveis. A dinâmica de digitação viscosa ajuda a entender o processo de deslocamento de fluidos em meios porosos em reações e separação em processos químicos, bem como em recuperação de óleo aprimorada e CO ₂ sequestro.

"Há muito tempo foi apontado que a digitação viscosa em fluidos parcialmente miscíveis ocorre em processos subterrâneos com condições de alta pressão, como recuperação de óleo e CO ₂ armazenar. Contudo, esse toque viscoso tem sido estudado teoricamente nos últimos anos, "disse o Dr. Nagatsu, um dos autores correspondentes no artigo e Professor Associado do Departamento de Engenharia Química da Universidade de Agricultura e Tecnologia de Tóquio (TUAT). "Não foram realizados estudos experimentais de tal FV. Uma das razões é que os pesquisadores da mecânica dos fluidos não usaram condições experimentais que fossem parcialmente miscíveis à temperatura ambiente e à pressão atmosférica."

A equipe de pesquisa conseguiu mudar a miscibilidade do sistema para totalmente miscível, imiscível, e parcialmente miscível com pouca alteração nas viscosidades à temperatura ambiente e pressão atmosférica. Eles usaram um sistema aquoso de duas fases consistindo de polietilenoglicol (PEG), sulfato de sódio (Na ₂ TÃO ₄ ), e água, que foram descritos no artigo da mesma equipe de pesquisa publicado em 2019. Aqui, no sistema parcialmente miscível, uma solução PEG pura e um Na puro ₂ TÃO ₄ solução dissolve-se com solubilidade finita, e como resultado, a fase é separada em uma fase rica em PEG (fase L) e um Na ₂ TÃO ₄ -fase rica (fase H).

Eles realizaram experimentos usando este sistema de solução em que um líquido menos viscoso desloca um mais viscoso em uma célula de Hele-Shaw, que é um modelo que imita o fluxo em meios porosos. "Nossa equipe descobriu que a mudança topológica é observada no caso em que os dois líquidos são parcialmente miscíveis. Este é o primeiro caso de mudança topológica na digitação viscosa, embora várias mudanças no padrão devido a vários efeitos físico-químicos, até aqui, foram relatados quando os dois fluidos são totalmente miscíveis ou imiscíveis. Mostramos claramente que essa mudança topológica se origina de uma separação de fase que ocorre entre os dois fluidos e o movimento espontâneo conduzido por ele, "Nagatsu explica.

"Nosso resultado derruba o entendimento comum de mais de 60 anos na pesquisa de VF, iniciada na década de 1950, de que as características da VF são divididas em casos imiscíveis e totalmente miscíveis e demonstra a existência e importância do caso parcialmente miscível, que se torna a terceira categoria de classificação. Isso abrirá uma nova área de pesquisa interdisciplinar envolvendo hidrodinâmica e termodinâmica química. Também, o deslocamento com miscibilidade parcial em meio poroso ocorre no processo de recuperação do óleo da formação e do CO ₂ processo de injeção na formação. Assim, espera-se que nossa descoberta crie uma nova metodologia de controle desses processos, utilizando a miscibilidade parcial, "acrescenta Nagatsu.