Mecanismos de controle em célula de Hele-Shaw radial

Abstract

A instabilidade de Saffman-Taylor surge na interface que separa dois fluidos viscosos confinados no estreito espaço entre duas placas planas e paralelas. Tal dispositivo define o que chamamos de célula de Hele-Shaw. É conhecido que se injetarmos um fluido menos viscoso em um mais viscoso, já contido entre as placas, observa-se a formação de dedos viscosos . Com o passar do tempo, os dedos bifurcam sucessivamente produzindo uma morfologia intensamente ramificada. Uma interessante variação do problema de Saffman-Taylor usual ocorre se, ao invés de injetarmos, levantarmos a placa superior da célula de Hele-Shaw mantendo imóvel a placa inferior. Neste caso, observa-se uma intensa competição entre os dedos do fluido menos viscoso que penetram no mais viscoso. Nesta dissertação, desenvolvemos uma teoria perturbativa de modos acoplados que visa o controle destas instabilidades. No caso da injeção, os padrões podem ser disciplinados se a taxa temporal de injeção escala com o tempo com expoente -1/3. Por outro lado, na situação de espaçamento variável entre as placas, as instabilidades de interface são suprimidas se a distância entre as placas escala no tempo com expoente -2/7. Um processo alternativo de controle das instabilidades pode ser obtido considerando-se um sistema onde a placa superior da célula de Hele-Shaw oscila periodicamente no tempo. Encontramos, também por uma teoria perturbativa, que para estágios iniciais da dinâmica da interface, observa-se que a frequência e amplitude de oscilação da placa superior têm um significante papel na determinação do número de dedos gerados. Também verificamos a influência desses fatores no mecanismo de competição e bifurcação entre os dedos viscosos