Исследователи из Уральского федерального университета детально изучили движение и форму границы между жидкостями, когда одна под давлением вытесняет другую. Работа имеет не только теоретическое, но и практическое значение, так как позволит прогнозировать последствия экологических чрезвычайных ситуаций. Статья ученых опубликована в журнале Physica A: Statistical Mechanics and its Applications.
«При обеднении нефтяных скважин туда под давлением закачивают воду, чтобы она вытеснила на поверхность остаточную нефть. Если бы граница между водой и нефтью представляла собой ровный слой, то можно было бы с уверенностью утверждать, что в результате закачки воды мы извлекаем всю остаточную нефть. Но поскольку граница раздела двух жидкостей — это сечение с сильно искаженной формой, нефть, вопреки ожиданиям, еще может оставаться под землей, тогда как на поверхность выходит вода. Здесь и пригодятся наши расчеты. Кроме того, их можно использовать в целях экологической безопасности, для устранения разливов опасных веществ», — рассказал соавтор работы, профессор Леонид Мартюшев.
Сотрудники кафедры технической физики УрФУ провели многочисленные гидродинамические расчеты для различных геометрий и параметров, а после построили диаграммы устойчивого/неустойчивого поведения границы раздела жидкостей. С помощью этих результатов можно прогнозировать поведение жидкостей в различных средах. Например, исследователи впервые доказали, что при близких показателях вязкости вытесняющей и вытесняемой жидкостей возможно сосуществование большого количества различных форм границ при одном и том же давлении.
Определение движения и формы границы между жидкостями — сложная задача. Вначале граница между вытесняющей и вытесняемой несмешивающимися жидкостями достаточно проста, но с определенного момента она становится неустойчивой. Возникают так называемые «пальцы», которые в результате сложных преобразований превращаются в разветвленную структуру, напоминающую крону дерева. Ученые уже умеют рассчитывать потерю устойчивости границы между жидкостями при наличии очень малых возмущений. Однако до сих пор было непонятно, как делать предсказания при произвольных воздействиях, а это необходимый аспект большинства практических применений.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
