Les scientifiques ont exploré, pour la première fois, le doigté visqueux (VF, l'une de l'hydrodynamique interfaciale classique) d'un anneau annulaire, où les « doigts » dans un fluide de volume fini croissent radialement, par une combinaison d'expérimentation et de simulation numérique. Ils démontrent que la FV d'une bague annulaire est un phénomène persistant.

Les chercheurs ont publié leurs résultats dans le Journal de mécanique des fluides le 6 avril, 2021.

Lorsqu'un fluide moins visqueux se déplace dans un fluide plus visqueux dans un milieu poreux, l'interface entre les deux fluides devient instable et se déforme en forme de doigt. Depuis les années 1950, cette VF a été étudiée comme un problème de dynamique des fluides. La FV peut être classée selon que le fluide le moins visqueux déplace le fluide le plus visqueux de manière rectiligne ou radiale.

"Classiquement, Les FV formées à une interface entre deux domaines semi-infinis de viscosité différente ont été étudiées. Cependant, récemment, La VF formée à l'interface avant ou arrière du fluide de volume fini a attiré l'attention car une telle VF est pertinente pour la chromatographie, propagation de la contamination des eaux souterraines, et la récupération améliorée du pétrole. Jusque là, Les FV formés dans des fluides de volumes finis en géométrie linéaire ont été principalement étudiés uniquement par simulation numérique. Cependant, Les FV formés dans des fluides de volume fini en géométrie radiale ont rarement été étudiés expérimentalement ou numériquement. " a déclaré le Dr Nagatsu, l'un des auteurs correspondants sur le papier, Professeur agrégé au Département de génie chimique de l'Université d'agriculture et de technologie de Tokyo (TUAT). "C'est à cause de la complexité de créer une finitude dans les expériences et des difficultés à résoudre numériquement les équations gouvernantes."

L'équipe de recherche a réussi à intégrer des expériences d'analyse et de simulation numérique sur les FV formées dans des fluides de volumes finis en géométrie radiale (voir Figure). Les expériences sont réalisées à l'aide d'un système miscible eau-glycérol dans une cellule Hele-Shaw qui est un appareil expérimental pour mimer les écoulements du milieu poreux. La simulation est réalisée à l'aide du module loi de Darcy à deux phases (TPDL) de COMSOL (COMSOL Multiphysics).

"Notre équipe a découvert que la FV d'un anneau annulaire est un phénomène persistant contrairement à la nature transitoire de la FV d'une coupe (voir Figure). Bien que de nouveaux doigts cessent d'apparaître après un certain temps mais en raison de l'étalement radial de la zone disponible pour VF, un nombre fini de doigts reste toujours plus tard. Par ailleurs, nous avons clairement montré que VF n'était observé que si la largeur de la couche finie dépasse une certaine valeur, " explique Nagatsu.

"Apparemment, nos résultats montrent que la dynamique de la FV dans l'anneau annulaire est radicalement différente de celle de la FV radiale classique et de la FV rectiligne avec un fluide pris en sandwich entre les couches d'une autre. La FV dans l'anneau a en fait lieu lors de la propagation de la contamination des eaux souterraines, et la récupération améliorée du pétrole. Ainsi, notre découverte devrait nous permettre de faire une prédiction très précise de ces processus, " ajoute Nagatsu.