磁感应旋转瑞利 - 泰勒不稳定性

本实验的总体目标是观察旋转对由密度较低的流体组成的引力不稳定系统的影响。这种方法可以帮助回答流体动力学中的关键问题，例如旋转的稳定效应如何与重力的不稳定效应竞争并相互作用。这项技术的主要特点是能够创建一个稳定的旋转两层系统，然后使用磁铁纵每层的有效重量，从而触发不稳定性。

这是用于实验的设备。主要可见组件是实验槽的旋转平台、支撑实验槽的铜圆柱体和室温孔超导磁体。圆柱体下降到磁体的孔和 1.8 特斯拉磁场中。

此原理图提供了 arrangement 的其他详细信息。平台的旋转由离轴电机产生，该电机转动带有锁孔孔的滑动轴承。铜圆柱体连接到键形驱动轴上，当移除固定销时，铜圆柱体在自身重量的作用下下降。

完整的设置包括照明和用于捕捉图像的遥控摄像头。将油箱在平台上就位后，将驱动轴移动到最低位置。确保摄像机能够清晰对焦且光线充足。

为了准备实验，请将平台和铜圆柱体放在最高位置。用固定销将气瓶锁定到位。设置好其他所有东西后，取出水箱以准备用于实验。

在实验室工作台上，开始为水箱准备液体。对于致密层，从 250 毫升室温蒸馏水开始，然后在水中加入大约 6.25 克氯化钠。轻质上层的成分是 325 毫升室温蒸馏水，以及氯化锰和红蓝水示踪染料。

加入少量荧光素钠完成制备。这两种液体现在已准备好进行实验。分层的液体将保存在一个透明的圆柱形容器中，该容器有一个可以放入其中的有机玻璃盖。

盖子上有放气孔，允许液体和空气流过。除了容器和液体外，还有一艘漂浮船可供使用。漂浮船由海绵底座上的苯乙烯壁组成。

其内部底部应衬有结实的薄纸。船应该能够轻松放入实验水箱中，而不会接触侧面。只有在准备好执行实验时，才能继续执行后续步骤。

从高密度流体开始，然后开始将其添加到水箱中。添加 300 毫升后停止。接下来，为低密度流体准备一个带有夹子和管道的集水箱。

集水箱应至少容纳 350 毫升，并且夹具应允许控制流体流量。继续将低密度流体添加到集水箱中。然后，将集水箱安装在实验箱上方，以允许在高密度流体表面附近释放液体。

将漂浮船放在高密度流体表面。调整集水箱上的夹子，向浮艇中加入低密度液体，每分钟添加约 3 毫升。随着时间的推移，低密度流体通过海绵扩散，在高密度流体上方形成一层轻质流体。

当船从界面升起时，逐渐增加流速。继续填充，直到集水箱排空。液体完全虹吸后，慢慢移开浮选船，以减少滴落，并盖上实验罐的盖子。

将盖子放到适当的位置，然后开始将其降低到上层液体中。当每层的深度相等且没有捕获的气泡时停止。如果成功，将有两层深度相等的流体，它们之间有一个尖锐的界面。

有机玻璃盖顶部还会有一层低密度液体。快速进行实验并小心地将水箱移至装置中。将实验槽放在平台上，同时远离磁铁。

打开电机，通过增加电源电压来缓慢增加转速，直到达到所需的转速。达到所需的旋转速率后，开始视频录制并就位以卸下固定销。准备好后，取下销钉，让油箱下降到磁场中。

这些图像是四种不同转速的流体界面的快照。每列对应不同的时间，并以半秒的增量增加。在早期，例如在 1 秒标记处，对于每个旋转速率，都会对具有主导长度尺度的界面产生扰动。

随着旋转速率的增加，蛇状结构的宽度减小。这些图像来自一系列具有不同流体粘度和固定转速的实验。每列对应不同的时间。

观测到的不稳定性长度尺度随着粘度从较低值增加到较高值而增加。通过将主要无线电波长度绘制为旋转速率的函数，可以观察到不稳定性规模的较低阈值。在此数据中，对于具有近似水粘度的流体层，在每秒约 4 弧度的旋转速率上，阈值下限约为 6 毫米。

一旦掌握，如果执行得当，这项技术可以在一小时内完成。