Viscous fingering in una cella di Hele-Shaw

Aim of this thesis work is the e fficiency improvement of a computer program for the simulation of Hele-Shaw cell flows. The cell consists of two parallel plates, separated by a small gap fi lled with a highly viscous fluid; a less viscous fluid is then injected in the middle of the plates. The operation generates a phenomenon which goes under the name of viscous fi ngering. The goal is to develop a highly effi cient numerical tool that quickly allows intensive testing, through the use of a multigrid method. Once the tool is built, it will be used for a first attempt to viscous fingering control through pulsating mass injection. The hope is that the pulses will prevent the formation of elongated and branched structures. This kind of analysis is new, and has considerable advantages with respect to the methods used nowadays. The particular field of study also reveals interesting possibilities of future development in various engineering areas.

Oggetto di questo lavoro di tesi e il miglioramento dell'e fficienza di un programma di calcolo per la soluzione numerica della corrente in una cella di Hele-Shaw. Essa è costituita da due piatti paralleli separati da una distanza minima riempita di un fluido ad elevata viscosit à; un fluido meno viscoso viene iniettato al centro dei piatti. L'iniezione genera un fenomeno che prende il nome di viscous fingering. Lo scopo del lavoro è quello di arrivare ad uno strumento numerico altamente e fficiente che consenta una importate campagna di prove in tempi rapidi, tramite l'utilizzo di un metodo multigriglia. Una volta costruito lo strumento di calcolo, lo si user a per un primo tentativo di controllo a ciclo aperto del fenomeno del viscous fi ngering tramite iniezione pulsata di massa nella cella. La speranza e che le pulsazioni possano impedire la formazioni di strutture estese e rami ficate. Questo approccio ancora non indagato in letteratura presenta notevoli vantaggi rispetto ai metodi attualmente utilizzati. Il particolare campo di studio indagato inoltre fa presupporre interessanti possibilità di impiego in applicazioni future.