Dispersion effects in the miscible displacement of two fluids in a duct of large aspect ratio
Notice bibliographique
Résumé
We study miscible displacements in long ducts in the dispersive limit of small $\varepsilon \hbox{\it Pe}$ , where $\varepsilon \,{\ll}\, 1$ is the inverse aspect ratio and $\hbox{\it Pe}$ the Péclet number. We consider the class of generalized Newtonian fluids, with specified closure laws for the fluid properties of the concentration-dependent mixture. Regardless of viscosity ratio and the constitutive laws of the pure fluids, for sufficiently small $\varepsilon \hbox{\it Pe}$ these displacements are characterized by rapid cross-stream diffusion and slow streamwise dispersion, i.e. the concentration appears to be near-uniform across the duct and spreads slowly as it translates. Using the multiple-scales method we derive the leading-order asymptotic approximation to the average fluid concentration $\bar{c}_0$ . We show that $\bar{c}_0$ evolves on the slow timescale $t \sim (\varepsilon \hbox{\it Pe})^{-1}$ , and satisfies a nonlinear diffusion equation in a frame of reference moving with the mean speed of the flow. In the case that the two fluids have identical rheologies and the concentration represents a passive tracer, the diffusion equation is linear. For Newtonian fluids we recover the classical results of Taylor (l953), Aris (1956), and for power-law fluids those of Vartuli et al. (1995). In the case that the fluids differ and/or that mixing is non-passive, $\bar{c}_0$ satisfies a nonlinear diffusion equation in the moving frame of reference. Given a specific mixing/closure law for the rheological properties, we are able to compute the dispersive diffusivity $D_T(\bar{c}_0)$ and predict spreading along the channel. We show that $D_T(\bar{c}_0)$ can vary significantly with choice of mixing law and discuss why. This also opens the door to possibilities of controlling streamwise spreading by the rheological design of reactive mixtures, i.e. including chemical additives such that the rheology of the mixture behaves very differently to the rheology of either pure fluid. Computed examples illustrate the potential effects that might be achieved.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».