Multiphase Frictional Fluid Flows

Fortrengningsmønstre i granulaære blandinger finnes overlat i naturen, I slike systemer spiller friksjonen en sentral rolle i till egg til de kreftene som ellers virker i en væske når den strummer. Slike firksjonsvæsker finnes i geologiske sammenhenger (sand i sprekker eller på plan), men er også utbredt blant komplekse systemer/væsker, som for eksempel blandingen av maisennemel og vann. I slike væsker kan oppførselen endre seg brått fra det er typisk for værsker til det som er typisk for faste stoffer. Slike væsker er av interesse i ingeniøranvendelser, som i olje og gass produksjon, og ved CO2 lagring. Vi har i enkle laboratorie-oppsett og ved datasimuleringer, studert hvordan slike værsker oppfører seg og hvilke mønstre de danner når de fortrenges av en annen væske. Disse mønstrene har et spekter av forskjellige karakteristikker, som gjør det mulig å si noe om strømningsforholdene da de ble dannet. Nylig har geologiske realisasjoner av det typiske labyrintmønsteret blitt oppdaget i en israelsk ørken.

Pattern formation occurs in a wide range of systems representing virtually every discipline of science. By characterizing new pattern forming systems, we come closer to an elusive goal of non-equilibrium physics: to understand the underlying principles go verning self-organized phenomena, and why so many seemingly unrelated processes produce such remarkably similar outcomes. We have discovered a new pattern formation system by introducing Coloumb friction to the ordinary fluid dynamics of viscous, pressu re and capillary forces. Recent results indicate that there is a myriad of never before observed pattern formation dynamics on display, and that the system undergoes a series of phase transitions resulting in different characteristic morphologies. We pro pose to pursue these findings using a complementary approach involving precise experiments, numerical simulations and theoretical modeling. Our aim is to uncover new knowledge regarding how the interactions between the individual particles (friction, coll isions, cohesion) lead to complex large scale dynamics (pattern formation, jamming, intermittency), how our observations relate to other pattern forming systems, and to characterize the dynamic behavior of materials ubiquitous in industrial processing and the environment. National and international collaboration forms an integral part of the proposal. The project will benefit from, and strengthen, research networks within Norway, and an emerging collaboration between Norway and Australia.