Os cientistas exploraram, pela primeira vez, o dedilhado viscoso (VF, um da hidrodinâmica interfacial clássica) de um anel anular, onde 'dedos' em um fluido de volume finito crescem radialmente, através de uma combinação de experimento e simulação numérica. Eles demonstram que a VF de um anel anular é um fenômeno persistente.

Os pesquisadores publicaram seus resultados no Journal of Fluid Mechanics em 6 de abril, 2021.

Quando um fluido menos viscoso se move em um fluido mais viscoso em um meio poroso, a interface entre os dois fluidos torna-se instável e deforma-se em forma de dedo. Desde a década de 1950, esta VF foi estudada como um problema de dinâmica de fluidos. A VF pode ser classificada de acordo com se o fluido menos viscoso desloca o mais viscoso retilinearmente ou radialmente.

"Classicamente, VF formado em uma interface entre dois domínios semi-infinitos de viscosidade diferente foram estudados. Contudo, recentemente, A VF formada na interface frontal ou traseira do fluido de volume finito atraiu a atenção porque tal VF é relevante para a cromatografia, disseminação da contaminação das águas subterrâneas, e recuperação aprimorada de óleo. Até aqui, VFs formados em fluidos de volume finito em geometria linear têm sido estudados principalmente por simulação numérica. Contudo, VFs formados em fluidos de volume finito na geometria radial raramente foram estudados experimentalmente ou numericamente ", disse o Dr. Nagatsu, um dos autores correspondentes no artigo, Professor Associado do Departamento de Engenharia Química da Universidade de Agricultura e Tecnologia de Tóquio (TUAT). "Isso se deve à complexidade de criar finitude em experimentos e às dificuldades em resolver numericamente as equações governantes."

A equipe de pesquisa teve sucesso em experimentos de análise integrada e simulação numérica em VF formada em fluidos de volume finito em geometria radial (ver Figura). Os experimentos são realizados usando um sistema miscível de água-glicerol em uma célula de Hele-Shaw, que é um aparato experimental para simular os fluxos do meio poroso. A simulação é feita usando o módulo bifásico da lei de Darcy (TPDL) do COMSOL (COMSOL Multiphysics).

"Nossa equipe descobriu que a FV de um anel anular é um fenômeno persistente em contraste com a natureza transitória da FV de uma fatia (ver Figura). Embora novos dedos deixem de aparecer após algum tempo, mas devido ao espalhamento radial da área disponível para VF, um número finito de dedos sempre permanece em um momento posterior. Além disso, mostramos claramente que a VF foi observada apenas se a largura da camada finita exceder algum valor, "Nagatsu explica.

"Aparentemente, nossos resultados mostram que a dinâmica de VF no anel anular é dramaticamente diferente daquela VF radial clássica e VF retilínea com um fluido imprensado entre camadas de outro. A VF no anular realmente ocorre na disseminação da contaminação do lençol freático, e recuperação aprimorada de óleo. Assim, espera-se que nossa descoberta nos permita fazer previsões altamente precisas de tais processos, "acrescenta Nagatsu.