Quienes han mezclado aceite y vinagre pueden haber observado sin saberlo un extraño fenómeno de fluido llamado inestabilidad de digitación. Un tipo de este fenómeno, llamado digitación viscosa VF, ocurre en medios porosos donde los fluidos de diferente viscosidad convergen en patrones en forma de dedo comocomo resultado de perturbaciones crecientes en la interfaz.
Tales inestabilidades se encuentran en una amplia variedad de campos. Para aplicaciones como el proceso de recuperación de petróleo o el transporte de contaminantes en el suelo, donde se inyecta un fluido para desplazar el petróleo o los contaminantes, se requiere un frente de fluido uniforme para lograr el barrido volumétrico más altoy efectividad, haciendo que tales inestabilidades sean indeseables.
Por otro lado, en dispositivos microfluídicos como micromixers donde los efectos de inercia son insignificantes, VF es un medio eficaz para mejorar la velocidad de mezcla de los fluidos. Comprender diferentes aspectos de este fenómeno y las variables que pueden controlar cosas como inestabilidades ydinámica de distribución de velocidad, potencialmente puede ofrecer opciones para controlar y utilizar estos efectos de manera más efectiva.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Calgary ha estado trabajando en esta área durante mucho tiempo y recientemente ha avanzado mucho en la comprensión del fenómeno. Informan sus hallazgos esta semana en la revista Física de fluidos , de AIP Publishing.
"Mi trabajo es parte del rompecabezas de la evolución en esta área de investigación", dijo Benham Dastvareh, investigador de la Universidad de Calgary. "Mi investigación me permite combinar mi interés en las matemáticas, los métodos numéricos y la investigación fundamental en el transportefenómenos, y particularmente la mecánica de fluidos "
Empleando un enfoque integral, los investigadores de Calgary incorporaron la simulación no lineal de los dedos en crecimiento y también el análisis analítico de la estabilidad del desplazamiento de nanofluidos en un medio poroso. Al combinar las ventajas de estos métodos, lograron una comprensión mejor y más completa del fenómeno.
Los resultados revelaron que las nanopartículas no pueden hacer que un flujo estable sea inestable, pero pueden mejorar o atenuar la inestabilidad de un flujo originalmente inestable. El aumento de la velocidad de deposición de las nanopartículas o su velocidad de difusión desestabiliza el flujo. Además, la deposición de nanopartículas puede cambiaruna distribución inicial de viscosidad monotónicamente decreciente, una que es puramente decreciente o inmutable, a una no monotónica, y da como resultado el desarrollo de dipolos de vórtice.
"Los análisis de las estructuras de vórtices junto con las distribuciones de viscosidad nos permitieron explicar las tendencias observadas y las configuraciones de los dedos resultantes, dijo Dastvareh". Este trabajo abre una puerta para más estudios y representa nuevos hallazgos que pueden usarse para controlar las crecientes inestabilidadesen presencia de nanofluidos para diferentes aplicaciones "
Este trabajo también puede tener aplicaciones potenciales para la administración de fármacos, donde las nanopartículas no pueden penetrar fácilmente a través de un medio poroso ". Es posible que se puedan usar dedos viscosos para abrir un canal en el tejido humano para transferir estas nanopartículas para el tratamiento clínico", Dijo Dastvareh.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :