粘性フィンガー形成を抑制する方法を解明(UChicago physicists figure out how to reduce formation of ‘viscous fingers’)

2026-05-27 シカゴ大学(UChicago)

The University of Chicago の研究チームは、流体が多孔質媒体中を移動する際に発生する「粘性フィンガリング(viscous fingering)」現象を抑制する方法を開発した。粘性フィンガリングは、粘度の低い流体が高粘度流体を押し出す際に指状の不安定構造が形成される現象で、石油回収、地下水浄化、二酸化炭素地下貯留などで効率低下の原因となっている。研究では、流体の注入条件や界面挙動を精密制御することで、不安定性を大幅に低減できることを理論解析と実験で実証した。これにより、流体前線をより均一に維持でき、地下資源回収や汚染物質除去効率の向上が期待される。研究成果は、複雑流体力学の理解を深めるだけでなく、エネルギー・環境分野での実用技術改善につながる可能性がある。

<関連情報>

粘性フィンガリング不安定性における並進せん断が界面構造に及ぼす影響 Effect of translational shear on interfacial structure in the viscous fingering instability

Zhaoning Liu, Samar Alqatari, Thomas E. Videbæk, and Sidney R. Nagel
Science Advances  Published:3 Apr 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aeb2907

粘性フィンガー形成を抑制する方法を解明(UChicago physicists figure out how to reduce formation of ‘viscous fingers’)
Fig. 1. Experiment: Viscous fingering under oscillatory shear.

Abstract

We introduce applied shear as a method to control viscous fingering by smoothing the interface between miscible fluids. In the viscous fingering instability, a less viscous fluid displaces a more viscous one through the formation of fingers. The instability, which requires a confined geometry, is often studied in the thin gap of a quasi–two-dimensional Hele-Shaw cell. When the two fluids are miscible, the structures that form in the dimension traversing the gap are important for determining the instability onset. We demonstrate with experiments and simulations that oscillatory translational shear of the confining plates changes the gap-averaged viscosity profile so that it becomes less abrupt at the fingertips. Increasing the amplitude or velocity of the shear delays the instability onset and decreases the finger growth rate. Shear can thus be used to stabilize a pair of miscible fluids against fingering. The results show a direct correlation between a smoother viscosity profile and delayed instability.

0106流体工学
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