Übergänge von Fluidinvasionsmustern in porösen Medien

Zusammenfassung Die Fluidinvasion in poröse Medien zur Verdrängung eines viskosereren Fluids zeigt verschiedene Verdrängungsmuster. Bei solchen ungünstigen Verdrängungen wurden in früheren Arbeiten die dynamischen Effekte der Viskosität auf die Musterübergänge bei niedrigen Durchflussraten übersehen. Folglich bleibt der Übergang von kompaktem Verhalten zu kapillarem Fingern unter verschiedenen Benetzungskonditionen unklar. Hier stellen wir ein theoretisches Modell auf, um Musterübergänge zu erfassen, die von Benetzbarkeit und Durchflussrate beeinflusst werden. Wir quantifizieren rigoros den dynamischen Effekt der Viskosität und stellen fest, dass die kritischen Kontaktwinkel für den Übergang von kompaktem Verhalten zu kapillarem Fingern mit der Kapillarzahl abnehmen. Unser Modell beschreibt auch gut die Übergänge vom kapillaren Fingern zum Übergang zum viskosen Fingern. Das vorhergesagte Phasendiagramm zeigt eine gute Übereinstimmung mit unseren Simulationen im Mikrometerbereich und mikrofluidischen Experimenten und ist hochgradig konsistent mit bestehenden Experimenten. Diese Arbeit erweitert das klassische Phasendiagramm unter ungünstigen Bedingungen und hat praktische Bedeutung für Anwendungen im Untergrund.