Name: مغناطيسيا المستحثة الدوارة رايلي تايلور عدم الاستقرار (فيديو) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 42 s
Description: استكشف ديناميكيات السوائل غير المستقرة باستخدام حقل مغناطيسي متدرج لتحفيز عدم استقرار رايلي تايلور في نظام سائل دوار مكون من طبقتين. تساعد هذه الطريقة الباحثين على فهم تفاعل الدوران مع الجاذبية.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

RJAH تعترف بالدعم المقدم من زمالة EPSRC EP / I004599/1 ، تعترف MMS بالتمويل من EPSRC بموجب المنحة رقم EP / K5035-4X / 1.

ملاحظة: يتم عرض الجهاز التجريبي تخطيطي في الشكل. 2. الجزء الرئيسي من الجهاز يتكون من منصة دوارة (300 ملم × 300 ملم) التي شنت على اسطوانة نحاسية (55 مم) أن ينزل تحت وزنه في حقل مغناطيسي قوي من المغناطيس فائق التوصيل (1.8 T) مع غرفة درجة الحرارة تتحمل العمودي. ويتكون النظام الأساسي للتدوير عن طريق محرك خارج المحور الذي يحول الانزلاق واضعة مع فتحة ثقب المفتاح. ويرد اسطوانة نحاسية لحملة رمح على شكل مفتاح التي تدور في وقت واحد، وينزل مرة واحدة تتم إزالة عقد دبوس. 1. إعداد المعدات غير القياسية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قارب تعويم <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جعل حجم القارب بحيث يلائم بشكل مريح داخل خزان التجريبية دون لمس الجانبين. ملاحظة: قارب تعويم (انظر الشكل 3) ويتكون من جدران البوليسترين وقاعدة الاسفنج. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حماية الإسفنج مع طبقة من شارعالمناديل الورقية رونغ. ملاحظة: الغرض من المناديل الورقية هي لتبديد الكثير من الزخم الرأسي من السائل تصب في قارب وقت ممكن. </li></ol></li></ol> 2. إعداد تجربة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد طبقات السائل <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> السماح الماء المقطر ليأتي إلى درجة حرارة المختبر (22 ± 2 درجة مئوية). تقريبا مطلوب 650 مل لكل تحقيقا تجريبيا. ملاحظة: السماح للخليط للتوازن يمنع تشكيل فقاعات في التجربة بسبب exsolving الهواء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فصل الماء المقطر إلى أحجام متساوية في حاويتين منفصلة، A و B، والتي سيتم استخدامها لإعداد وسائل لانخفاض طبقة كثيفة والطبقة العليا الخفيفة على التوالي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد خارج الموقع من الطبقة السفلى الكثيفة. لمحتويات الحاوية A: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة كلوريد الصوديوم إلى تحقيق تركيز 0.43 مول كلوريد الصوديوم لكل لتر من الماء (حوالي 25 غرام من كلوريد الصوديوم لكل لتر منسوف تكون هناك حاجة المياه)؛ </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة الأصباغ تتبع الماء 0.33 جم الحمراء والزرقاء إلى الحاوية الطبقة السفلى (على سبيل المثال، كول، Parmer 00295-16 و-18)؛ </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة 0.1 ز L -1 الصوديوم فلوريسئين. ملاحظة: إن الطبقة السفلى يكون الآن يكون غير شفاف في المظهر ولديها كثافة حوالي 1012.9 ± 1.2 كيلو متر -3. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد السابقين الموقع من الطبقة العليا الخفيفة. لمحتويات الحاوية ب: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة MnCl 2 الملح لتحقيق تركيز 0.06 مول MnCl 2 لتر من الماء (حوالي 12 غرام من MnCl 2 لتر من الماء). ملاحظة: الطبقة العليا تكون شفافة في المظهر ولديها كثافة حوالي 998.2 ± 0.5 كيلو متر -3. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تختلف اللزوجة من طبقات السوائل، إضافة الجلسرين C 3 H 8 O 3 في كميات متساوية إلى كل طبقة حتى يتحقق اللزوجة المطلوبة. viscositie نموذجيةالصورة تكمن في نطاق 1.00 × 10 -3 - 21.00 × 10 -3 باسكال الصورة. اللزوجة من كل طبقة هي نفسها. ملاحظة: هذا المزيج يمكن تخزينها بأمان في عبواتها منفصلة حتى المطلوبة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد السابقين الموقع من الطبقات كثافة. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة 300 مل من محتويات الحاوية وإلى الخزان الداخلي أسطواني (انظر الشكل 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تزج الإسفنج القارب التعويم في السائل من حاوية (ب). ملاحظة: بعد (2.1.6.2) هذا الإجراء هو وقت حساس، لذلك لا القيام بأي خطوات أخرى حتى عن المغناطيس والإضاءة والتسجيل والآليات الميكانيكية على استعداد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> رفع القارب تعويم خارج الحاوية B، وعندما توقف ذلك نازف، وضع بعناية القارب التعويم على أعلى طبقة من السائل الكثيف في خزان أسطواني الداخلي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> البدء في إضافة طبقة خفيفة السائل من حاوية وباء لقارب تعويم بمعدل تدفق3 مل / دقيقة. زيادة تدريجيا هذا معدل التدفق كما القارب تعويم يرفع بعيدا عن واجهة بين طبقتين. الحفاظ على بطء معدل التدفق بما فيه الكفاية أن واجهة غير منزعجة من زيادة زخم تدفق السوائل، ولكن بسرعة كافية أن هذه العملية لا تستغرق أكثر من 20 دقيقة. حافظ على ملء حتى تحتوي الطبقة العليا 320 مل من السوائل. ملاحظة: إن الطبقة السفلى تكون على عمق حوالي 33 ملم، وسوف الطبقة العليا تكون على عمق حوالي 39 ملم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انخفاض بعناية غطاء سيت في الطبقة العليا بحيث أعماق طبقة كل طبقة على قدم المساواة. تسمح السائل وبتدفق الهواء عبر الثقوب تنزف، وضمان أن لا الهواء محاصرين تحت. مراقبة طبقة (حوالي 6 ملم) من الواضح السائل ضوء طبقة على رأس غطاء سيت. ملاحظة: إذا كانت عملية ناجحة سيكون هناك طبقتين من السائل متساوية في العمق مع واجهة حادة بينهما. وسمك طبقة نشر في واجهة يكون أقل من 2 مترم في هذه المرحلة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ملء الخزان الخارجي مع الماء المقطر واضحة إلى ارتفاع 6 مم فوق غطاء سيت من الخزان الداخلي. عند اطلاعه على الساحة على لن يكون هناك المنظر التي يسببها انحناء الناتجة عن خزان أسطواني الداخلي. ملاحظة: منذ السوائل في كل طبقة ونزع فتيله باستمرار عبر واجهة في هذه المرحلة، الشروع فورا في الخطوات التالية. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدور المتابعة من الطبقات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع خزان التجريبية على المنصة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع ترتيبات مع اسطوانة نحاسية في تجويف من المغناطيس، حملة رمح من خلال فتحة ثقب المفتاح في المسار ودبوس عقد في الموقف. تأكد من أن خزان بعيدا (60 سم) من المغناطيس بحيث القوى المغناطيسية على السوائل لا تكاد تذكر في هذا الموقف. ملاحظة: حمل خزان التجريبية التي تحتوي على الطبقات تقدم بعض الصعوبات. طويلة، السعة المنخفضة، مجموعة موجات الخوض تصل عن طريق المشي مع الوه خزان تسوس بعيدا، وجود تأثير يذكر على جودة واجهة تحقيقه عندما تطفو على الطبقة العليا على. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تشغيل المحرك، وزيادة معدل الدوران في 0.002 راد ق -2، والغزل والمتابعة السائل لمعدل دوران المطلوب. لمعدلات الدوران في 16 كانت المرة تدور المتابعة من أجل 20 دقيقة - 60 دقيقة. وكانت أسرع معدل دوران تستخدم 13.2 راد ق -1: ملاحظة. </li></ol></li></ol> 3. تنفيذ تجربة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأكد من أن المغناطيس مما يدل على قوة مجال 1.2 T، وذلك في الارتفاع الذي بدأ عدم الاستقرار التدرج المجال هو (غراد ب 2) / 2 = -14.3 تي 2 م -1، حيث B هو الحث المغناطيسي . </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأكد من أن كاميرا فيديو تم ترتيب هذا أنه عندما حملة رمح هو في أدنى موقفها إما عرض الجانب من التجربة هو في التركيز، أو طريقة عرض الخطة في التركيز من خلال رر مرآةماجد فوق التجربة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضمان الإضاءة المحيطة هي على المستويات الصحيحة، مثل أن أيا من الصورة التي تم التقاطها بواسطة الكاميرا مشبعة، ولكن أن يتم استخدام استجابة كاملة (شدة تدرج الرمادي في نطاق 0-255). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء تسجيل الفيديو (240 إطارا في الثانية). استخدام جهاز التحكم عن بعد لمنع تحريك الكاميرا أثناء تشغيل وظيفة تسجيل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة دبوس عقد، والسماح للدبابات لينزل، في حين تناوب، في المجال المغناطيسي. </li></ol> 4. إعادة تجربة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعادة تعيين تلاعب التجريبي <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام جهاز التحكم عن بعد لوقف تسجيل الفيديو. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حفظ ملف الفيلم على القرص. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> من جهة، وانخفاض الجهد للمحرك بحيث يؤدي إلى إبطاء إلى طريق مسدود. تنفيذ هذا تدريجيا وذلك لمنع انسكاب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة ترتيب التجريبية من المغناطيس. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> التخلص من طبقات السائل مختلطة بشكل مناسب (انظر المنغنيز كلوريد Tetrahydrate MSDS). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف الخزان بالماء (عليهلا تحتاج إلى المقطر)، حتى يتم غسلها كل أثر للأملاح بعيدا. تجنب ملامسة الجلد المباشر مع السوائل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تجفيف خزان بعناية مع المناديل الورقية لضمان عدم وجود بقايا ويترك التي قد تلوث تجارب لاحقة. </li></ol></li></ol> تجهيز 5. صورة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخراج الصور الفردية من كل إطار الفيلم، وحفظ في ضياع بابوا نيو غينيا شكل. قناع من أي من المناطق غير المرغوب فيها من كل إطار، على سبيل المثال منصة أو اسطوانة نحاسية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حساب ثنائية الأبعاد وظيفة لصناعة السيارات في ارتباط 16 من كل إطار على الصورة ل2 ثانية بعد الشروع في عدم الاستقرار باستخدام فورييه السريع منفصلة تحويل. تسجيل الحد الأدنى، يعني، والحد الأقصى لقيمة الطول الموجي لوحظت في معدل دوران التجربة واللزوجة من السوائل طبقات. </li></ol>

<ol><li>Lewis, D. J. <a target="_blank" href="https://www.jstor.org/stable/98515?seq=1#page_scan_tab_contents">The instability of liquid surfaces when accelerated in a direction perpendicular to their planes. II.</a> Proc. Roy. Soc., A. 202, 81-96 (1950).</li>
<li>Read, K. I. <a target="_blank" href="https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:24064105">Experimental investigation of turbulent mixing by Rayleigh-Taylor instability.</a> Physica D. 12, 45-58 (1984).</li>
<li>Dimonte, G., Schneider, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Turbulent+Rayleigh-Taylor+instability+experiments+with+variable+acceleration%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+E%22%5BJournal%5D)">Turbulent Rayleigh-Taylor instability experiments with variable acceleration.</a> Phys. Rev. E. 54, 3740-3743 (1996).</li>
<li>Dalziel, S. B. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/222484421_Rayleigh-Taylor_instability_experiments_with_image_analysis">Rayleigh-Taylor instability : experiments with image analysis.</a> Dyn. Atmos. Oceans. 20, 127-153 (1993).</li>
<li>Jacobs, J. W., Dalziel, S. B. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/237134510_Rayleigh-Taylor_instability_in_complex_stratifications">Rayleigh-Taylor instability in complex stratifications.</a> J. Fluid Mech. 542, 251-279 (2005).</li>
<li>Linden, P. F., Redondo, J. M., Youngs, D. L. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/231972595_Molecular_mixing_in_Rayleigh-Taylor_instability">Molecular mixing in Rayleigh-Taylor instability.</a> J. Fluid Mech. , 97-124 (1994).</li>
<li>Lord Rayleigh, <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1112/plms/s1-14.1.170/full">Investigation of the Character of the Equilibrium of an Incompressible Heavy Fluid of Variable Density.</a> Proc. Lon. Math. Soc. 14, 170-177 (1883).</li>
<li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/201/1065/192">The instability of fluid surfaces when accelerated in a direction perpendicular to their planes. I.</a> Proc. Roy. Soc., A. 201, 192-196 (1950).</li>
<li>Limat, L., Jenffer, P., Dagens, B., Touron, E., Fermigier, M., Wesfreid, J. E. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/016727899290160O">Gravitational instabilities of thin liquid layers: dynamics of pattern selection.</a> Physica D. 61, 166-182 (1992).</li>
<li>Gelfand, J. D., Slane, P. O., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/703/2/2051/meta">A Dynamical Model for the Evolution of a Pulsar Wind Nebula Inside a Nonradiative Supernova Remnant.</a> Astrophys. J. 703, 2051-2067 (2009).</li>
<li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="https://www.jstor.org/stable/94126?seq=1#page_scan_tab_contents">Experiments on the Motion of Solid Bodies in Rotating Fluids.</a> Proc. Roy. Soc., A. 104, 213-218 (1923).</li>
<li>Proudman, J. <a target="_blank" href="http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/92/642/408">On the Motion of Solids in a Liquid Possessing Vorticity.</a> Proc. Roy. Soc., A. 92, 408-424 (1916).</li>
<li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/93/648/99">Motion of Solids in Fluids when the Flow is not lrrotational.</a> Proc. Roy. Soc., A. 93, 99-113 (1917).</li>
<li>Carlès, P., Huang, Z., Carbone, G., Rosenblatt, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rayleigh-Taylor+Instability+for+Immiscible+Fluids+of+Arbitrary+Viscosities%3A+A+Magnetic+Levitation+Investigation+and+Theoretical+Model%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Rayleigh-Taylor Instability for Immiscible Fluids of Arbitrary Viscosities: A Magnetic Levitation Investigation and Theoretical Model.</a> Phys. Rev. Lett. 96, 104501(2006).</li>
<li>Huang, Z., De Luca, A., Atherton, T. J., Bird, M., Rosenblatt, C., Carlès, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rayleigh-Taylor+Instability+Experiments+with+Precise+and+Arbitrary+Control+of+the+Initial+Interface+Shape%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Rayleigh-Taylor Instability Experiments with Precise and Arbitrary Control of the Initial Interface Shape.</a> Phys. Rev. Lett. 99, 204502(2007).</li>
<li>Baldwin, K. A., Scase, M. M., Hill, R. J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Inhibition+of+the+Rayleigh-Taylor+Instability+by+Rotation%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">The Inhibition of the Rayleigh-Taylor Instability by Rotation.</a> Sci. Rep. 5, 11706(2015).</li>
<li>Rossby, H. T. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/231879355_A_Study_of_Benard_Convection_With_and_Without_Rotation">A study of Bénard convection with and without rotation.</a> J. Fluid Mech. 36, 309-335 (1969).</li>
</ol>

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

هناك نوعان من الخطوات الحاسمة في البروتوكول. الأول هو 2.1.6.4. إذا طرحت طبقة خفيفة على طبقة كثيفة بشكل سريع جدا ثم يمزج لا رجعة فيه من طبقتين السوائل غير قابلة للامتزاج يحدث. ومن الضروري أن هذا هو تجنب وأن يتم التوصل إلى (&lt;2 مم) واجهة حادة بين طبقتين. الخطوة الثانية الحاسمة هي 3.1.5. إذا تم الإفراج عن التجربة نحو المغناطيس دون أن في دوران جسم صلب أو بدون جهاز التقاط التصور والصورة المتابعة نسج كامل في موقف وعلى أهبة الاستعداد ثم كرر الإجراء (2.1.6). <p class="jove_content" ...

<html> وهناك نظام السوائل كثافة طبقية تتكون من طبقتين يمكن ترتيبها في حقل الجاذبية في إما ثابتة أو تكوين غير مستقر. إذا كانت طبقة كثيفة ثقيلة ترتكز على أقل كثافة، طبقة خفيفة ثم نظام مستقر: الاضطرابات إلى واجهة مستقرة، استعادة عن طريق الجاذبية، ويمكن دعم موجات على الواجهة. إذا كانت طبقة ثقيلة يعلو طبقة خفيفة ثم نظام غير مستقر والاضطرابات لتنمو واجهة. عدم الاستقرار هذا السائل الأساسي هو عدم الاستقرار رايلي تايلور 7 و 8. بالضبط نفس عدم الاستقرار يمكن ملاحظتها في أنظمة غير الدورية التي المتسارع نحو طبقة أثقل. ونظرا لطبيعة الأساسية من عدم الاستقرار لوحظ في عدد كبير جدا من التدفقات التي تختلف أيضا إلى حد كبير من حيث الحجم: من نطاق صغير الظواهر رقيقة 9 إلى ميزات على نطاق والفيزياء الفلكية لاحظ، على سبيل المثال، سديم السرطانEF &quot;&gt; 10، حيث لوحظ هياكل تشبه الاصبع، تم إنشاؤها بواسطة الرياح النجم النابض تتسارع من خلال بقايا السوبرنوفا أكثر كثافة. وهو سؤال مفتوح حول كيفية عدم الاستقرار رايلي تايلور يمكن السيطرة عليها أو أثرت مرة واحدة وكانت الفرق كثافة غير مستقر الأولي أنشئت في واجهة. واحد الاحتمالات هو أن تنظر دوران الجزء الأكبر من النظام. والغرض من هذه التجارب هو دراسة تأثير الدوران على النظام، وإذا كان هذا قد يكون طريقا لتحقيق الاستقرار. ونحن نعتبر نظام السوائل التي تتكون من اثنين من طبقة الطبقية غير مستقر الجاذبية التي تخضع لدوران مستمر حول بالتوازي مع محور لاتجاه الجاذبية. والاضطراب إلى اثنين من طبقة كثافة الطبقات غير مستقر يؤدي إلى توليد baroclinic من الدوامي، أي قلب، في واجهة، وتميل إلى تفكك أي الهياكل العمودية. ومع ذلك، لا يعرف السائل الدورية لتنظيم نفسها في متماسك الحادي والرأسيructures تتماشى مع محور الدوران، ما يسمى ب &quot;تايلور الأعمدة 11. ثم نظام قيد التحقيق يخضع المنافسة بين أثر في تحقيق الاستقرار للدوران، وهذا هو تنظيم تدفق في الهياكل العمودية ومنع طبقتين قلب، وتأثير مزعزع للاستقرار من السائل كثافة تغمر أخف السوائل التي يولد حركة الانقلاب في واجهة . مع زيادة معدل دوران قدرة طبقات السوائل لنقل شعاعيا، مع شعور معاكس لبعضها البعض، من أجل إعادة ترتيب أنفسهم في تكوين أكثر استقرارا، هو تحول نحو متزايد من قبل نظرية تايلور برودمان 12، 13: يتم تقليل حركة شعاعي والهياكل احظ أن تتحقق مع تطور حالة عدم الاستقرار هي أصغر في الحجم. تين. 1 يبين نوعيا تأثير الدوران على الدوامات التي تشكل مع تطور حالة عدم الاستقرار. في الصورة اليد اليسرى لا يوجد دوران وتدفق هو تقريب الدورية غير رايلي تايلور عدم الاستقرار الكلاسيكية. في صورة اليد اليمنى جميع المعلمات التجريبية هي مطابقة للصورة اليد اليسرى إلا أن النظام يتم استدارة حول محور عمودي تتماشى مع مركز للدبابات. ويمكن أن ينظر إلى أن تأثير دوران هو تقليل حجم الدوامات التي يتم تشكيلها. وهذا، بدوره، يؤدي إلى عدم الاستقرار الذي يتطور ببطء أكثر من نظيره غير الدورية. يمكن اعتبار الآثار المغناطيسية التي تعديل موتر الإجهاد في السائل كما تعمل في نفس الطريقة المتبعة في مجال الجاذبية تعديلها. لذلك نحن قادرون على خلق الطبقية مستقر الجاذبية وتدور ليصل إلى دوران جسم صلب. القوات الجسم المغناطيسية الناتجة عن فرض المجال المغناطيسي الانحدار ثم تحاكي تأثير على تعديل مجال الجاذبية. وهذا يجعل واجهة غير مستقر لدرجة أن النظام بهاء السوائلفيس، لتقريب جيد، وعدم الاستقرار رايلي تايلور الكلاسيكية تحت التناوب. وقد حاول هذا النهج سابقا في بعدين دون تناوب 14 و 15. ونظرا لحقل مغناطيسي التدرج تطبيقها مع بفعل المجال المغناطيسي B، طبقت قوة الجسم إلى السوائل من ثابت المغناطيسي χ حجم التعرض كتبها f = غراد (χ ب 2 / μ 0)، حيث B = | B | وμ 0 = 4π × 10 -7 NA -2 هو النفاذية المغناطيسية للفي الفضاء الحر. ولذلك قد نعتبر المغناطيس لمعالجة الوزن الفعال لكل طبقة السائل، حيث يتم إعطاء وزن فعال في وحدة الحجم من السائل من ρ كثافة في حقل الجاذبية قوة ز كتبها ρ ز - χ (∂ ب 2 / ∂ ض ) / (2 μ 0).

<table><tbody><tr><td>صبغة تتبع المياه الزرقاء</td><td>Cole-Parmer</td><td>00295-18</td><td></td></tr><tr><td>صبغة تتبع المياه الحمراء</td><td>Cole-Parmer</td><td>00295-16</td><td></td></tr><tr><td>كلوريد</td><td></td><td></td> <td>الصوديوم >99٪ نقاء</td></tr><tr><td>كلوريد المنغنيز رباعي الهيدرات</td><td></td><td></td><td>انظر MSDS</td></tr><tr><td>ملح الصوديوم الفلورسين &nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>المغناطيس</td><td>المبردة المحدودة لندن</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

مغناطيسيا المستحثة الدوارة رايلي تايلور عدم الاستقرار

Magnetically Induced Rotating Rayleigh-Taylor Instability

وتشمل التقنيات الكلاسيكية للتحقيق في عدم الاستقرار رايلي تايلور باستخدام الغازات المضغوطة 1، 2 الصواريخ أو المحركات الكهربائية الخطية 3 لعكس الاتجاه الفعلي للخطورة، وتسريع السائل أخف نحو السائل أكثر كثافة. مؤلفين آخرين مثل 4، 5، وفصل 6 من الطبقات غير مستقر الجاذبية بحاجز أن تتم إزالة لبدء التدفق. ومع ذلك، فإن واجهة الأولية مكافئ في حالة وجود الطبقات الدورية تفرض صعوبات فنية كبيرة تجريبيا. ونود أن تكون قادرة على زيادة ونقصان، حتى الطبقية في دوران جسم صلب، وعندها فقط بدء تدفق من أجل تحقيق آثار تناوب على عدم الاستقرار رايلي تايلور. النهج الذي اعتمدناه هنا هو استخدام الحقل المغناطيسي للالمغناطيس فائق التوصيل للتلاعب وزن فعال من السائلين لبدء التدفق. نخلق مستقرة الجاذبية الطبقات اثنين من طبقة باستخدام تقنيات تعويم القياسية. الطبقة العليا هي أقل كثافة من طبقة أقل وبالتالي فإن النظام هو رايلي تايلور مستقرة. ثم يتم نسج متابعة هذه الطبقات حتى كل من طبقات هي في دوران جسم صلب ولوحظ واجهة مكافئ. هذه التجارب استخدام السوائل مع القابلية المغناطيسية منخفضة، و| χ | ~ 10 -6 - 10 -5، مقارنة السوائل الممغنطة. تأثير مهيمن من المجال المغناطيسي ينطبق هيئة لقوة كل طبقة تغيير وزن فعال. الطبقة العليا هي ضعيفة ممغطس في حين أن الطبقة السفلى هي diamagnetic ضعيف. عند تطبيق مجال مغناطيسي، وصدت الطبقة السفلى من المغناطيس بينما ينجذب الطبقة العليا نحو المغناطيس. ويتحقق الاستقرار رايلي تايلور مع تطبيق مجال مغناطيسي التدرج عالية. لاحظنا كذلك أن المؤتمر الوطني العراقيreasing اللزوجة الديناميكية من السائل في كل طبقة، ويزيد من طول نطاق عدم الاستقرار.

تين. 4 يظهر تطور عدم الاستقرار رايلي تايلور في مجال التفاعل بين السوائل اثنين، لمدة أربعة مختلفة معدلات الدوران: Ω = 1.89 راد ق -1 (الصف العلوي)، Ω = 3.32 راد ق -1، Ω = 4.68 راد ق - 1، وΩ = 8.74 راد ق -1 (الصف السفلي). يظهر واجهة متطورة في وقت من ر = 0 ق (العمود الأيسر) مع زيادات من 0.5 الصورة إلى t = 3.0 ثانية (العمود الأيسر). وبالتالي يمثل العمود الأيمن 0.90، 1.59، 2.23، 4.17 و...

نقدم بروتوكولا لإعداد سائل طبقي من طبقتين يمكن نسجه إلى دوران جسم صلب ثم إحداثه لاحقا في عدم استقرار رايلي تايلور عن طريق تطبيق مجال مغناطيسي متدرج.

Classical techniques for investigating the Rayleigh-Taylor instability include using compressed gasses1, rocketry2 or linear electric motors3 to reverse ...

الهدف العام من هذه التجربة هو ملاحظة تأثير الدوران على نظام غير مستقر جاذبيًا يتكون من سائل كثيف يعلو سائلًا أقل كثافة. ويمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على أسئلة رئيسية في ديناميكا السوائل، مثل كيفية تنافس وتفاعل التأثير المstabilizing للدوران مع التأثير المزعزع للاستقرار الناتج عن الجاذبية. وتتمثل السمة الرئيسية لهذه التقنية في القدرة على إنشاء نظام دوار مستقر مكون من طبقتين، ثم استخدام مغناطيس للتحكم في الأوزان الفعالة لكل طبقة، مما يؤدي إلى تحفيز عدم الاستقرار.هذا هو الجهاز المستخدم في التجربة. المكونات الرئيسية المرئية هي منصة دوارة لخزان التجربة، وأسطوانة نحاسية تدعمها، ومغناطيس فائق التوصيل ذو تجويف يعمل في درجة حرارة الغرفة. تهبط الأسطوانة داخل تجويف المغناطيس وفي مجال مغناطيسي بقوة 1.8 tesla.يوفر هذا المخطط تفاصيل إضافية عن الترتيب. يتم إنتاج دوران المنصة بواسطة محرك خارج المحور يقوم بتدوير محمل انزلاقي ذو فتحة على شكل ثقب مفتاح. وتكون الأسطوانة النحاسية متصلة بعمود إدارة على شكل مفتاح، وتنزل بفعل وزنها عند إزالة دبوس التثبيت.يتضمن التجهيز الكامل الإضاءة وكاميرا يتم التحكم فيها عن بُعد لالتقاط الصور. مع وضع الحوض في موضعه على المنصة، حرك عمود الدوران إلى أدنى وضع له. تأكد من أن كاميرا الفيديو توفر رؤية للتجربة تكون دقيقة التركيز ومضاءة بشكل مناسب.للاستعداد للتجربة، ضع المنصة والأسطوانة النحاسية في أعلى وضعية لهما. قم بتثبيت الأسطوانة في مكانها باستخدام دبوس التثبيت. بعد ضبط كافة الإعدادات الأخرى، قم بإزالة الخزان لتجهيزه للتجربة.عند طاولة المختبر، ابدأ بتحضير السوائل المخصصة للخزان. بالنسبة للطبقة الكثيفة، ابدأ بـ 250 milliliters من الماء المقطر في درجة حرارة الغرفة، وأضف حوالي 6.25 grams من كلوريد الصوديوم إلى الماء. أما مكونات الطبقة العلوية الخفيفة فهي 325 milliliters من الماء المقطر في درجة حرارة الغرفة، بالإضافة إلى كلوريد المنجنيز وصبغات تتبع المياه باللونين الأحمر والأزرق.أضف كمية صغيرة من فلوريسين الصوديوم لإتمام عملية التحضير. والآن أصبح السائلان جاهزين للتجربة. سيتم وضع السوائل الطبقية في حاوية أسطوانية شفافة، مزودة بغطاء من اللوسيت يمكن إغلاقه بإحكام.يحتوي الغطاء على ثقوب تصريف للسماح بتدفق السوائل والهواء. وبالإضافة إلى الحاوية والسوائل، يجب تجهيز قارب تعويم للاستخدام. يتكون قارب التعويم من جدران من الستيرين على قاعدة إسفنجية.يجب تبطين الجزء السفلي من الداخل بورق مناديل قوي. كما يجب أن يكون القارب قابلاً للوضع بسهولة داخل خزان التجربة دون ملامسة الجوانب. انتقل إلى الخطوات التالية فقط عندما تكون مستعداً لإجراء التجربة.ابدأ بالسائل عالي الكثافة وابدأ بإضافته إلى الخزان. توقف عند إضافة 300 milliliters. بعد ذلك، قم بتجهيز خزان علوي باستخدام مشبك وأنابيب للسائل منخفض الكثافة.يجب أن يتسع خزان الرأس لسعة 350 ملليلتر على الأقل، كما يجب أن تسمح المشبكة بالتحكم في تدفق السائل. ابدأ بإضافة سائل منخفض الكثافة إلى خزان الرأس. بعد ذلك، قم بتثبيت خزان الرأس فوق خزان التجربة للسماح بتحرير السائل بالقرب من سطح السائل عالي الكثافة.ضع قارب التعويم فوق سطح السائل عالي الكثافة. اضبط المشبك الموجود في خزان الرأس لإضافة السائل منخفض الكثافة إلى قارب التعويم، وبمعدل إضافة يبلغ حوالي ثلاثة milliliters في الدقيقة. ومع مرور الوقت، ينتشر السائل منخفض الكثافة عبر الإسفنجة مكوناً طبقة سائلة خفيفة فوق السائل عالي الكثافة.مع ارتفاع القارب بعيداً عن الواجهة، قم بزيادة معدل التدفق تدريجياً. استمر في الملء حتى يتم تفريغ خزان الرأس. وبمجرد سحب السائل بالكامل، قم بإزالة القارب العائم ببطء لتقليل التنقيط، ثم أحضر غطاء خزان التجربة.ضع الغطاء في مكانه، وابدأ بخفضه في الطبقة العليا من السائل. توقف عندما يتساوى عمق كل طبقة، وتتأكد من عدم وجود فقاعات هواء محبوسة. في حال نجاح العملية، ستتكون طبقتان من السائل بعمق متساوٍ مع وجود واجهة فاصلة حادة بينهما.ستكون هناك أيضاً طبقة من سائل منخفض الكثافة فوق غطاء اللوسيت. سارع في تنفيذ التجربة وانقل الخزان بعناية إلى الجهاز. ضع خزان التجربة على المنصة، مع إبقائه بعيداً عن المغناطيس.قم بتشغيل المحرك وزد معدل الدوران ببطء عن طريق زيادة جهد وحدة إمداد الطاقة حتى يتم الوصول إلى المعدل المطلوب. وبمجرد الوصول إلى معدل الدوران المطلوب، ابدأ في تسجيل الفيديو واتخذ الوضعية المناسبة لإزالة مسمار التثبيت. وعندما تصبح مستعداً، قم بإزالة المسمار واسمح للخزان بالهبوط إلى المجال المغناطيسي.تمثل هذه الصور لقطات للواجهة السائلة عند أربعة معدلات دوران مختلفة. يمثل كل عمود زمناً مختلفاً ويزداد بزيادات قدرها نصف ثانية. في الأوقات المبكرة، على سبيل المثال عند علامة الثانية الواحدة، يوجد لكل معدل دوران اضطراب في الواجهة بمقياس طول سائد.مع زيادة معدل الدوران، يقل عرض الهياكل الشبيهة بالثعابين. هذه الصور مأخوذة من سلسلة من التجارب التي تضمنت لزوجة سائلة متغيرة ومعدل دوران ثابت. يمثل كل عمود زمناً مختلفاً.يزداد مقياس الطول الملاحظ لعدم الاستقرار مع زيادة اللزوجة من القيم المنخفضة إلى القيم المرتفعة. ومن خلال رسم طول موجة الراديو السائدة كدالة في معدل الدوران، يصبح من الممكن ملاحظة حد أدنى لمقياس عدم الاستقرار. وفي هذه البيانات الخاصة بالطبقات السائلة ذات لزوجة تقارب لزوجة الماء، يكون الحد الأدنى تقريبًا ستة مليمترات عند معدلات دوران تزيد عن أربعة راديان في الثانية تقريبًا.بمجرد إتقان هذه التقنية، يمكن تنفيذها في غضون ساعة واحدة إذا تم إجراؤها بشكل صحيح.

magnetically-induced-rotating-rayleigh-taylor-instability

Research

JoVE Journal

Engineering

الهندسة

التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) يوفر أداة قوية لتقييم فعالية عملية المعدات خلال العملية. نناقش استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي لتصور خلط في خلاط ثابت. التطبيق ذات الصلة لمنتجات العناية الشخصية ، ولكن يمكن تطبيقها على مجموعة واسعة من السوائل الغذائية والكيميائية ، والكتلة الحيوية والبيولوجية.

خلط الكمي باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي

غرسات الدعامة في الانحناءات الشريانية المضيقة عرضة لفشل "النوع الرابع" الذي يتضمن الكسر المستعرض الكامل للدعامات والإزاحة الخطية للأجزاء المكسورة. نقدم بروتوكولا للكشف عن هياكل التدفق الثانوي (الدوامة) في نموذج الشريان المنحني ، في اتجاه مجرى فشل الدعامات "من النوع الرابع" ذي الصلة سريريا.

التحقيق التجريبي للهياكل تدفق الثانوية المصب من الفشل نموذج النوع الرابع الدعامة في قسم اختبار 180 درجة الشريان منحني

هنا ، نصف إجراء يستخدم تقنية schlieren المجهرية لقياس عدم تجانس الخلط في جهاز الموائع الدقيقة. من خلال المعايرة ، يمكن اشتقاق توزيع تدرج التركيز من صورة micro-schlieren.

تحليل خلط التجانس في جهاز ميكروفلويديك التي كتبها الميكروسكيل انعراجي تقنية

نستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع جزيئات متباينة الخواص في أشكال الرافعات والصلبان والرباعيات والثلاثيات ، والتي يمكن قياس محاذاة ودوران تدفق السوائل المضطرب من صور فيديو متزامنة متعددة.

أساليب لقياس التوجيه ودوران معدل الجسيمات في الاضطرابات 3D-طباعة

نقدم بروتوكولا لإنشاء فيلم في الوقت الفعلي لحزمة موجة دورانية جزيئية باستخدام إعداد تصوير انفجار كولوم عالي الدقة.

التصوير المباشر مدفوعة الليزر فائق السرعة الجزيئية دوران

وترد اثنين من أساليب مختلفة لوصف حركة الجسيمات الأولية حبة واحدة كدالة لهندسة سرير الرواسب من الصفحي لتدفق المضطرب.

بصريا على أساس توصيف الحركة الجسيمات الأولية في ركائز العادية: من الصفحي الظروف المضطربة

هذه المخطوطة يصف الأساليب التي تهدف إلى قياس معاملات نقل الحرارة الحمل الحراري لحظية المحلية في تدفق أنابيب واحدة أو مرحلتين. ويرد أيضا أسلوب بصري بسيط لتحديد الطول وسرعة نشر ممدود فقاعة هواء (تايلور) تتحرك سرعة ثابتة.

قياسات لنقل الحرارة الحمل الحراري لحظية المحلية في أنبوب--تدفق واحد ومرحلتين

نقدم هنا، أسلوب تجريبي لفصل قوة كوريوليس مترابطة وآثار الطفو بالتناوب على توزيعات نقل الحرارة حقل كامل من قناة الدورية.

قوة كوريوليس يفصل وآثار الطفو الدورية على الحرارة كامل-ميدان نقل خصائص قناة الدورية

يتيح هيكل الفرقة الضوئية فهم كيفيه نشر الوسائط الكهرومغناطيسية المحصورة داخل البلورة الضوئية. في البلورات الضوئية التي تدمج العناصر المغناطيسية ، تكون هذه الوسائط البصرية المحصورة والرنانة مصحوبة بالنشاط البصري المغناطيسي المحسن والمعدل. ونحن وصف اجراء القياس لاستخراج بنيه الفرقة مغناطيسي البصرية من قبل المجهر الفضائي Fourier.

الطيفية وزاوية حل مغناطيسي-البصرية توصيف النانو الضوئية

تم اقتراح تقنية سريعة وموثوقة للتحكم في تذبذبات شكل فقاعة صوتية واحدة محاصرة تعتمد على تقنية الالتحام بين فقاعتين. تسمح تذبذبات شكل الفقاعة المستقرة التي يتم التحكم فيها بالتماثل بتحليل تدفق السوائل المتولد بالقرب من واجهة الفقاعة.

تحريض التدفق الدقيق بواسطة تذبذبات الفقاعات غير الكروية في نظام الرفع الصوتي

استكشف ديناميكيات السوائل غير المستقرة باستخدام حقل مغناطيسي متدرج لتحفيز عدم استقرار رايلي تايلور في نظام سائل دوار مكون من طبقتين. تساعد هذه الطريقة الباحثين على فهم تفاعل الدوران مع الجاذبية.

مغناطيسيا المستحثة الدوارة رايلي تايلور عدم الاستقرار

استكشف المزيد من الفيديوهات