لقد أظهر الفيزيائيون متى يحدث التوازن بالفعل في السوائل غير القابلة للامتزاج
يعد تحديد نقطة التوازن في محاكاة الديناميكيات الجزيئية عند السطح البيني لسائلين غير قابلين للامتزاج داخل المسام النانوية الضيقة إحدى المشكلات الرئيسية في الفيزياء الحسابية الحديثة. في مثل هذه الأنظمة، مثل الهيدروكربون والماء والكالسيت في المسام النانوية، تصل المعلمات المختلفة – زاوية التلامس، وسمك طبقة الترطيب، وتوزيع الكثافة داخل القطرة – إلى التوازن على نطاقات زمنية مختلفة. ولذلك، فإن الاستقرار الظاهري لشكل القطرة لا يعني أن النظام بأكمله في حالة توازن. ويؤدي هذا إلى أخطاء في متوسط البيانات واستنتاجات غير صحيحة حول قابلية التبلل، وهو أمر بالغ الأهمية لنمذجة عمليات إنتاج النفط. وأوضح تيمور جوسكوف، الباحث المبتدئ في مركز MIPT للفيزياء الحاسوبية، وطالب الدراسات العليا في قسم الفيزياء الحاسوبية للمواد المكثفة والأنظمة الحية في MIPT: “نحن نحتاج بشكل دوري إلى إجراء عدد كبير من حسابات الديناميكيات الجزيئية. ومن الضروري أن نحدد بطريقة أو بأخرى النقطة التي يصل عندها أحد المعلمات الفيزيائية للنظام إلى التوازن من أجل تحسين جودة البيانات”. يعد المؤلفون أول من طبق خوارزمية اقتطاع بيانات أوتوماتيكية حديثة تعتمد على طريقة إحصائية على الواجهات البينية السائلة والسائلة في ثقب الكالسيت النانوي، وذلك باستخدام مثال ديكان n النقي، والبنزين النقي، وخليطهما. ولاختبار الكثافة داخل القطرة بشكل مباشر، قاموا بتطوير واصف جديد MF، وهو مقياس رياضي يميز ملف كثافة القطرة. إنه غير مرتبط بهندسة الواجهة، مما يسمح لك بمراقبة توازن المكونات الفردية حتى في المخاليط. تم نشر المقال في مجلة المحاكاة الجزيئية. أظهرت الحسابات أنه في أنظمة الهيدروكربون والماء والكالسيت، يتم تثبيت زاوية التلامس والشكل العياني للقطرة بمعدل أسرع من 10 إلى 200 مرة من بنيتها الداخلية. يمكن أن تستمر إعادة توزيع جزيئات الهيدروكربون داخل القطرة لعشرات النانو ثانية بعد أن “يتجمد” شكل القطرة بالفعل. ووجدوا أيضًا أنه مع المتوسط الضعيف، فإن طريقة PANDA-NN (الحساب التلقائي لزاوية التلامس من ملفات تعريف الكثافة) تبالغ بشكل منهجي في تقدير الزاوية بما يصل إلى +4.7 درجة. لذلك، اقترح العلماء بروتوكولًا عمليًا: أولاً تحديد لحظة التوازن بمتوسط صغير، ثم إعادة حساب الزاوية بمتوسط أكبر. وهذا يزيل الخطأ المنهجي ويزيد من دقة الحساب. “تستغرق الكثافة وقتًا أطول لتستقر من شكل الواجهة. أي أنه لفهم بنية القطرة، من الضروري محاكاة النظام لفترة أطول إلى حد ما مقارنة بالحسابات التقليدية لزوايا التلامس. وهذا مهم بشكل خاص للأنظمة التي يحدث فيها الانتشار والامتزاز ببطء،” أكد إيليا كوبانيشوك، كبير الباحثين في مركز الفيزياء الحاسوبية في MIPT. النهج المقترح يجعل نتائج النمذجة الجزيئية موثوقة وقابلة للتكرار. وهو مطلوب بشكل خاص في إنتاج النفط (خزانات الكربونات)، وتخزين ثاني أكسيد الكربون، وتطوير الأغشية والمواد النانوية. “بعد ذلك، نخطط لدراسة الخصائص الديناميكية للواجهات المحصورة، بالإضافة إلى تأثير خشونة السطح على قابليتها للبلل. وقال نيكولاي كوندراتيوك، المدير التنفيذي لمركز الفيزياء الحاسوبية في MIPT: “إن الأساليب التي تم تطويرها في هذه الدراسة، والتي يتم تنفيذها بالفعل في حساباتنا، ستساعدنا في ذلك”. تم دعم هذا العمل من قبل مؤسسة العلوم الروسية [грант номер 25-13-00313].
