聚合物溶液通过多孔介质不稳定流动中的双稳态

聚合物溶液常被注入多孔介质以用于提高石油采收率与地下水修复等应用。当流体穿行于弯曲孔隙空间时，弹性应力累积，致使流动在足够大注入速率下变得不稳定。然而，此种不稳定流动的空间与时间特征如何依赖于孔隙空间几何，尚鲜为人知。我们通过系统性改变模型多孔介质中孔隙收缩处的间距来阐明该依赖关系。我们发现，当孔隙间距较大时，不稳定涡旋形成于每个孔隙上游，类似于孤立孔隙的观测。相反，当孔隙间距足够小时，流动展现出惊人的双稳态，随机切换于两种截然不同的不稳定流态之间。我们假设此异常行为源于流动诱导的聚合物拉伸与聚合物随平流通过多孔介质时的松弛之间的相互作用。与之一致，我们发现给定孔隙中的流态可长时间维持。此外，我们发现流态在相邻孔隙间相关；然而，这些关联并不具有长程持续性。我们的结果因而有助于阐明聚合物溶液通过多孔介质流动中可出现的丰富流动行为。