Au cours des 20 dernières années, l'industrie pétrolière a amorcé une transition progressive vers les huiles légères, qui se consomment progressivement, vers des huiles plus lourdes. Mais transporter des huiles lourdes de manière rentable est un grand défi parce que les huiles lourdes sont visqueuses, essentiellement épaisses, désordre collant et semi-fluide.

Stabiliser l'interface des flux multicouches pour le transport n'est pas une tâche facile. Bien que plusieurs solutions potentielles aient été proposées, il n'existe actuellement aucune approche unique qui fonctionne pour toutes les applications.

Une façon de déjouer ce problème, comme le rapportent des chercheurs de l'Université de la Colombie-Britannique dans Physique des fluides , est une technique de lubrification viscoplastique (VPL). Il peut compléter les méthodes existantes pour stabiliser les interfaces au sein des flux multicouches.

La viscoplasticité décrit la ou les caractéristiques dans lesquelles une masse agit comme un solide en dessous d'une valeur critique de contrainte mais s'écoule comme un liquide visqueux lorsque la contrainte augmente.

Les travaux des chercheurs portent sur les écoulements multicouches, débit de canalisation spécifiquement lubrifié. Dans le flux de pipeline lubrifié, un fluide fluide, comme l'eau, est utilisé pour lubrifier le pipeline via des flux noyau-annulaires. Mais cette méthode souffre d'instabilités interfaciales, ce qui signifie que l'huile et l'eau peuvent se mélanger et rendre plus difficile la séparation en aval.

« Dans les écoulements multicouches, les interfaces entre deux fluides sont très instables en raison des différences entre les propriétés des fluides, " a déclaré Ian Frigaard, professeur de génie mécanique et de mathématiques appliquées.

Des travaux antérieurs sur les fluides de contrainte de rendement par les chercheurs ont suggéré qu'une nouvelle configuration pourrait empêcher les instabilités de se développer. Leur technique VPL place une couche de fluide de contrainte d'écoulement entre l'huile lourde et le lubrifiant pour former une peau stabilisant l'écoulement.

« Les fluides de contrainte d'élasticité (pensez au dentifrice ou aux gels capillaires) agissent comme un solide si la contrainte appliquée est inférieure à sa contrainte d'élasticité (point auquel un matériau commence à se déformer), " dit Parisa Sarmadi, un doctorant travaillant avec Frigaard. "Notre idée est de maintenir cette couche complètement inflexible, ainsi la couche interfaciale du fluide agit comme un solide. Cela élimine les instabilités interfaciales."

Un autre concept clé impliqué dans ce travail est la mise en forme d'interface. "Nous pouvons contrôler les débits d'entrée de manière à façonner l'interface comme nous le souhaitons, " a déclaré Sarmadi. " L'interface en forme génère une pression dans la couche externe, et ces pressions agissent pour contrebalancer la flottabilité du noyau pour centrer le fluide du noyau. Typiquement, l'huile transportée est moins dense que l'eau de lubrification."

Pour ce travail et les études précédentes, les chercheurs ont montré que la technique VPL peut être optimisée pour répondre aux exigences spécifiques d'un système. Ils ont également découvert que la limite d'élasticité requise pour ces applications est facilement atteignable avec les fluides disponibles.

Cela signifie que pour toutes les entrées opérationnelles, débits, géométries et propriétés des fluides, la technique VPL peut être optimisée en fonction de la puissance de la pompe, la force générée et la limite d'élasticité requise. « La capacité à façonner le fluide de contrainte de rendement nous a beaucoup surpris, " a déclaré Frigaard. " Mais effectivement, n'importe quelle forme peut être imposée à l'interface si les débits sont correctement contrôlés et si la limite d'élasticité est suffisante. "