Nous avenços en lʼestudi de la hidrodinàmica de fluxos en medis desordenats
Un front fluid que envaeix un medi desordenat presenta una dinàmica intermitent, segons un nou estudi publicat a Physical Review Letters, la revista més prestigiosa de la Societat Americana de Física (APS). El treball està signat per Jordi Ortín i Xavier Clotet, del Departament dʼEstructura i Constituents de la Matèria de la UB, i Stéphane Santucci, del Laboratori de Física de lʼEscola Normal Superior de Lió (França), adscrit al Centre Nacional de Recerca Científica (CNRS).
Un front fluid que envaeix un medi desordenat presenta una dinàmica intermitent, segons un nou estudi publicat a Physical Review Letters, la revista més prestigiosa de la Societat Americana de Física (APS). El treball està signat per Jordi Ortín i Xavier Clotet, del Departament dʼEstructura i Constituents de la Matèria de la UB, i Stéphane Santucci, del Laboratori de Física de lʼEscola Normal Superior de Lió (França), adscrit al Centre Nacional de Recerca Científica (CNRS).
Tal com explica el catedràtic Jordi Ortín, cap del Grup de Recerca Consolidat de Física No Lineal de la UB i expert en estudis de dinàmica de sistemes fora de lʼequilibri, «la intermitència és un concepte clau en estudis sobre dinàmica de fluids perquè revela la presència de correlacions temporals anòmales i complexes en intervals curts de temps». En lʼactualitat, arribar a comprendre teòricament la dinàmica que afecta els fluxos turbulents ha esdevingut un dels reptes més desafiadors en la física estadística.
Turbulència: moviments complexos i desordenats en un fluid
Estudiar quina és la naturalesa de la intermitència és cabdal en la recerca del fenomen de la turbulència. Treballs recents suggereixen que la intermitència es relaciona amb les propietats de les fluctuacions dʼenergia dels sistemes que presenten una cascada de transferència dʼalguna magnitud de les escales espacials grans a les petites (o viceversa). Aquest seria el cas, per exemple, dels canvis en els nivells dʼenergia en el fenomen de la turbulència hidrodinàmica.
En el nou estudi, lʼequip de la UB ha emprat un model de laboratori de fractura oberta que permet controlar acuradament les propietats estadístiques del desordre en el medi. A més, també sʼha explorat un nombre elevat de paràmetres, ja que sʼhan fet servir cinc olis de silicona de diferent viscositat i un ampli rang de velocitats de desplaçament. Aquesta metodologia experimental ha permès disposar de moltes dades estadístiques, que són imprescindibles per analitzar la dinàmica de la intermitència.
En concret, lʼequip investigador ha estudiat el comportament dʼuna sèrie dʼolis de silicona de diferents viscositats (de 10 a 350 cP). Es tracta de fluids ordinaris (newtonians), molt estables i que no es contaminen fàcilment, dotats dʼun ampli rang de viscositats sense variar de manera apreciable la seva tensió superficial amb lʼaire. Tal com expliquen els autors, «una acurada anàlisi multiescala de les dades en lʼespai i el temps ha permès revelar en els sistemes dʼestudi totes les característiques distintives de la dinàmica intermitent».
Aquesta evidència experimental descrita per primer cop per lʼequip investigador contribuirà a estimular nous estudis teòrics i experimentals de lʼorigen de la dinàmica intermitent en sistemes extensos fora de lʼequilibri. En particular, el nou estudi suggereix que algunes característiques de la dinàmica intermitent que sʼobserven en el sistema dʼestudi indiquen lʼexistència d'una cascada inversa, causada per la condició local dʼincompressibilitat del fluid invasor.
Aquesta línia de recerca sobre les propietats dinàmiques de fronts fluids en medis desordenats presenta un ampli escenari dʼaplicacions en lʼàmbit de la recuperació secundària dʼhidrocarburs, la irrigació i la contaminació de sòls, lʼeliminació de contaminants per filtratge i altres problemes de gran actualitat en enginyeria.