비스커스 핑거

비스커스 핑거(viscous fingering)는 다공성 물질이나 헬레쇼 셀(Hele-Shaw cell)에서 두 유체가 접촉할 때 발생하는 계면 불안정성으로 인해 형성되는 특징적인 패턴을 말한다. 이 현상은 점성이 낮은 유체가 상대적으로 점성이 높은 유체를 밀어내며 주입될 때 나타난다. 반대로 점성이 높은 유체가 점성이 낮은 유체를 밀어낼 경우에는 계면이 안정적으로 유지되어 이러한 패턴이 형성되지 않는다.

또한 밀도가 큰 유체가 밀도가 작은 유체 위에 놓여 있고, 서로 다른 밀도를 가진 두 유체의 접촉면이 수평으로 분리된 상태일 경우에는, 외부에서 유체를 주입하지 않더라도 중력의 영향만으로 비스커스 핑거 현상이 발생할 수 있다. 직사각형 형태의 계에서는 손가락 모양의 구조가 성장하는 이른바 사프만–테일러 핑거(Saffman–Taylor fingering)가 발달하며, 원형 계에서는 끝이 반복적으로 갈라지는 손가락 모양이 형성되면서 복잡한 패턴으로 진화한다.

비스커스 핑거 현상은 각 유체의 벌크 유동과 계면에서의 표면장력에 따른 경계 조건을 포함한 지배 방정식을 통해 수학적으로 설명할 수 있다.

비스커스 핑거링에 관한 대부분의 실험적 연구는 헬레쇼 셀을 이용해 수행되어 왔다. 대표적인 실험 구성으로는 점성이 낮은 유체를 채널의 한쪽 끝에서 주입하는 선형 구조와, 점성이 낮은 유체를 중심부에서 주입하는 원형 구조가 있다. 이와 유사한 형태의 불안정성은 일부 생물학적 시스템에서도 자연적으로 관찰된다.

비스커스 핑거링 문제를 모의실험으로 분석하기 위해서는 경계 적분법(boundary integral method)이나 위상 필드 모델(phase-field model) 등이 사용된다.

 같이 보기 
 다르시의 법칙

 각주 

분류:유체동역학