Desde la dinámica de la interfaz hasta la escala de Darcy Descripción del flujo multifásico en medios porosos

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los coloides y de la interfaz.
• Física de los medios porosos.
• Dinámica del flujo multifásico.

Sus antecedentes:

• El flujo multifásico en medios porosos presenta desafíos debido a las grandes superficies y complejas estructuras de poros, lo que lleva a diversos regímenes de flujo.
• Los modelos macroscópicos tradicionales de flujo de dos fases, extensiones de la ley de Darcy, se limitan a regímenes de flujo específicos y no capturan completamente la dinámica de la interfaz.
• La ampliación de la física de la escala de poros a las descripciones de la escala de Darcy para todos los regímenes de flujo sigue siendo un desafío científico significativo.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un marco teórico unificado para describir el flujo multifásico en todos los regímenes dominantes en medios porosos.
• Integrar principios termodinámicos y métodos estadísticos avanzados para superar las limitaciones de los modelos fenomenológicos existentes.
• Proporcionar una base para mejorar las ecuaciones de transporte mediante la incorporación de fluctuaciones, intermitencia y efectos de no equilibrio.

Principales métodos:

• Aplicación del promedio espacio-temporal y la teoría termodinámica extendida de no equilibrio (NET) para el flujo dominado por capilares (Regimen I).
• Utilizando la termodinámica estadística para regímenes de flujo no lineales con dinámica ganglionar e intermitencia (Regimen II).
• Empleando NET y termodinámica estadística para el régimen de flujo límite viscoso (Regimen III), incluido el teorema de fluctuación-disolución y las relaciones recíprocas de Onsager.

Principales resultados:

• Descripción exitosa de tres regímenes de flujo dominantes: dominado por capilares, no lineal y límite viscoso, cada uno con física distinta y enfoques teóricos aplicables.
• Los nuevos enfoques incluyen inherentemente fluctuaciones e intermitencia, evitando los supuestos limitantes previos de los modelos tradicionales.
• Potencial demostrado para la conexión a tierra termodinámica para restringir las formas funcionales de permeabilidad relativa y reemplazar los modelos empíricos de histeresis.

Conclusiones:

• Los conceptos termodinámicos ofrecen una base sólida para describir fenómenos complejos de flujo multifásico en medios porosos a través de varios regímenes.
• El trabajo futuro debería centrarse en aprovechar la velocidad de movimiento compartido y la termodinámica estadística para simplificar los protocolos de medición y mejorar la precisión del modelo.
• Este enfoque abre nuevas posibilidades para los fenómenos de transporte acoplados en diversas aplicaciones, yendo más allá de las limitaciones de la ley de Darcy.