Yeni Çalışma, Akan Viskoz Sıvılar Hakkında 60 Yıllık Bir Teoriyi Değiştirebilir
Japonya’daki Tokyo Tarım ve Teknoloji Üniversitesi’nin (TUAT), Hindistan’daki Hindistan Teknoloji Enstitüsü Ropar’ın (IIT Ropar) ve Japonya’daki Osaka Üniversitesi’nin uluslararası işbirlikçi ekibi ilk kez iki sıvının sonlu çözünürlükle tamamen karışmadığı “kısmen karışabilirlik” tarafından yönlendirilen viskoz dokunmada (klasik arayüzey hidrodinamiklerinden biri) topolojik bir değişiklik keşfetti. Bu topolojik değişim, bir faz ayrımından ve onun tarafından yönlendirilen kendiliğinden hareketten kaynaklanır. Bununla birlikte sonsuz çözünürlüğe sahip tamamen karışabilir sistem veya çözünürlüğü olmayan karışmaz sistemlerde görülemeyen bir olaydır.
Araştırmacılar sonuçlarını 30 Haziran 2020’de “Journal of Fluid Mechanics” de yayınladılar.
Daha az viskoz bir sıvı, gözenekli ortamda daha viskoz bir sıvının yerini aldığında, iki sıvı arasındaki arayüz hidrodinamik olarak kararsız hale gelir ve bir parmak biçiminde deforme olur. Bu olay teknik olarak “Viskoz dokunma (VF)” olarak adlandırılır. 1950’lerden beri bu konu bir akışkanlar mekaniği konusu olarak incelenmiştir. Bu zamanlardan beri, iki sıvının tamamen karışabilir veya karışmaz olması durumuna göre sınıflandırılabileceği yaygın olarak biliniyordu. Viskoz dokunma dinamikleri, gözenekli ortamdaki reaksiyonlarda akışkan yer değiştirme sürecini ve kimyasal işlemlerde ayrılmayı anlamaya ayrıca gelişmiş yağ geri kazanımı ve CO2 ayrımını anlamaya yardımcı olur.
Tokyo Tarım ve Teknoloji Üniversitesi (TUAT) Kimya Mühendisliği Bölümü’nde doçent ve makalenin ilgili yazarlarından biri olan Dr. Nagutsu, “kısmen karışabilir sıvılarda viskoz dokunmanın, petrol geri kazanımı ve CO2 depolama gibi yüksek basınçlı koşullara sahip yer altı proseslerinde meydana geldiğine uzun zaman önce dikkat çekilmişti. Ancak, bu tür viskoz dokunma son birkaç yılda teorik olarak incelendi.
Deneysel çalışmalar hiç yapılmadı. Bunun nedenlerinden biri, akışkanlar mekaniği araştırmacılarının oda sıcaklığında ve atmosfer basıncında kısmen karışabilen deneysel koşulları kullanmamasıdır.”
Araştırma ekibi, oda sıcaklığında ve atmosferik basınçta viskozitelerde çok az değişiklik yaparak sistemin karışabilirliğini tamamen karışabilir, karışmaz ve kısmen karışabilir olarak değiştirmeyi başardı. Aynı araştırma ekibinin 2019’da yayınlanan makalesinde açıklanan polietilen-glikol (PEG), sodyum-sülfat (Na2SO4) ve sudan oluşan sulu iki fazlı bir sistem kullandılar. Kısmen karışabilir sistemde, saf bir PEG çözeltisi ve saf bir Na2SO4 çözeltisi, sonlu çözünürlükle birbirini çözer. Sonuç olarak, faz PEG açısından zengin bir faza (faz L) ve Na2SO4 bakımından zengin bir faza (faz H) ayrılır.
Gözenekli ortamdaki akışı taklit eden bir model olan Hele-Shaw hücresinde daha az viskoz bir sıvının daha viskoz olanı değiştirdiği bu çözelti sistemini kullanarak başarılı deneyler yaptılar. Nagutsu “Ekibimiz, iki sıvının kısmen karışabilir olduğu durumda topolojik değişimin gözlemlendiğini buldu. Bu, çeşitli fizikokimyasal etkiler nedeniyle modelde çeşitli değişiklikler olmasına rağmen, viskoz dokunmadaki topolojik değişimin ilk örneğidir. Şimdiye kadar, iki sıvının tamamen karışabilir veya karışmaz olduğu biliniyordu. Bu topolojik değişikliğin, iki sıvı arasında meydana gelen bir faz ayrımından ve bunun tarafından meydana gelen spontane hareketten kaynaklandığını açıkça gösterdik, “diye açıklıyor
“Elde ettiğimiz sonuç, 1950’lerde başlayan viskoz dokunma araştırmalarında 60 yılı aşkın süredir, viskoz dokunmanın özelliklerinin birbiriyle karıştırılamaz ve tamamen karıştırılamaz durumlara bölündüğü şeklindeki ortak anlayışı altüst ediyor ve üçüncü sınıflandırma kategorisi haline gelen kısmen karışabilir durumun varlığını ve önemini ispatlıyor. Bu, hidrodinamik ve kimyasal termodinamik içeren yeni bir disiplinler arası araştırma alanı açacaktır. Ayrıca, Gözenekli bir ortamda kısmi karışabilirlik ile yer değiştirme formasyondan petrol geri kazanım sürecinde ve CO2 enjeksiyonunu oluşum içine aktarırken gerçekleşir. Bu nedenle, bulgumuzun kısmi karışabilirliği kullanarak bu süreçler için yeni kontrol metodolojisi oluşturması bekleniyor, “diye ekliyor.
Kaynak : phys.org
