Симуляція рідин покращує методи зберігання вуглецю

Команда тайванських науковців під керівництвом Чі-Чіана Чоу та Чін-Яо Чена дослідила, як взаємодіють рідини з різною в’язкістю в обмеженому просторі.

Основна увага зосереджена на нестабільності Сафмана-Тейлора — «явищі, коли межа між густішою та рідшою рідиною вигинається, утворюючи довгі пальцеподібні структури». «Це міжфазне явище вже десятиліттями вивчається через складність формування візерунків і потенційне прикладне значення», — пояснюють автори дослідження.

Симуляції, проведені за допомогою моделі Кана-Гілліарда-Геле-Шоу, продемонстрували візуально захопливі «феєрверки» — концентричні візерунки, створені за допомогою чергування в’язких та менш в’язких рідин. Це дозволило виявити, що точна синхронізація впорскування рідин створює багатошарові повторювані структури, що може бути корисним для контролю поведінки рідин у геологічних формаціях. «Коли рідини чергувались синхронно, пальці кожного нового циклу повторювали траєкторії попередніх», — зазначено в дослідженні.

Одним із практичних напрямків застосування результатів є геологічне зберігання CO2, яке передбачає інжекцію вуглекислого газу у підземні пористі гірські породи. Такий процес супроводжується ризиками, оскільки газ погано змішується з водою. «Феєрверк із симуляції показує, що кількість і форма пальців змінюються залежно від ритму впорскування рідини», — повідомляє Live Science.

Автори підкреслюють, що зміна типів рідин у симуляції дозволяє відтворити складніші динамічні процеси, ніж у випадках з постійною інжекцією. Для моделювання використано високоточні математичні методи, зокрема метод Рунге-Кутта третього порядку та компактні схеми скінченних різниць, що дає змогу точно відслідковувати межі між рідинами. Верифікація моделі на основі лабораторних спостережень забезпечує її надійність.

Ці результати можуть покращити наявні технології зберігання вуглецю та розширити сферу їхнього застосування. В умовах кліматичних викликів навіть така «абстрактна» фізика стає інструментом боротьби за майбутнє.