자기 유도 회전 레일리 - 테일러 불안정성

Summary

우리는 구배 자기장을 적용하여 고체회전으로 스핀업한 후 Rayleigh-Taylor 불안정성으로 유도될 수 있는 2층 밀도 층화 액체를 준비하기 위한 프로토콜을 제시합니다.

Abstract

레일리 - 테일러 불안정성을 조사하는 기술은 고전 중력의 유효 방향을 반대로하고, 조밀 한 유체쪽으로 라이터 유체를 가속 압축 가스 ¹ 로켓 ² 선형 전동기 ^{(3)를 사용하는} 것을 포함한다. 다른 저자 ^{예를 들어, 4, 5, 6은} 흐름을 개시하기 위해 제거되어 배리어와 중력 불안정 층화를 분리 하였다. 그러나, 회전하는 계층화하는 경우의 초기 포물선 인터페이스 실험적 상당한 기술적 인 어려움을 부과한다. 우리는 레일리 - 테일러 불안정시 회전의 영향을 조사하기 위해 유동 고체 본체의 회전에 성층화 업 스핀 그래야만 시작할 수 싶다. 우리는 여기에서 채용 한 방식은의 자기장을 사용하는 것이다초전도 자석 흐름을 개시하기 위해 두 액체의 유효 중량을 조작한다. 우리는 표준 부양 기술을 사용하여 중력 안정 두 겹의 계층화를 만듭니다. 상층은 하층보다 조밀하고 따라서 시스템은 레일리 - 테일러 안정하다. 양 층은 고체 바디 회전 될 때까지이 층화이어서해서 회전시키고 포물선 인터페이스가 관찰된다. | χ |이 실험은 낮은 자화율과 유체를 사용 ~ ^10-6 - 자성 액체에 비해 ^10-5. 자기장의 지배적 효과는 유효 중량 변화 각 층에 몸체 하중을인가한다. 상층 약하게되는 하층 약하게 반자성 동안 상자성. 자기장이인가 될 때 상부 층이 자석을 향해 끌린다하면서 하층 자석로부터 반발된다. 레일리 테일러 불안정성이 높은 경사 자장의인가에 의해 달성된다. 우리는 또한 그 INC 관찰각 층 내의 유체의 동점도 reasing, 불안정성의 길이 규모를 증가시킨다.

Introduction

2 층으로 이루어진 밀도 성층 유체 시스템은 안정하거나 불안정한 구성으로 중력장에 배치 될 수있다. 인터페이스에 섭동이 중력에 의해 복원 안정하고, 파는 인터페이스에서 지원 될 수있다 : 밀도 무거운 층은 밀도가 낮은 광 층의 기초한다면 시스템은 안정적이다. 무거운 층은 광 오버레이 층이면, 시스템은 불안정하고 인터페이스 성장 섭동. 이 기본적인 유체 불안정성은 레일리 - 테일러 불안정 ^{7, 8이다.} 정확히 같은 불안정성은 무거운 층을 향해 가속 비 회전 시스템에서 관찰 할 수있다. 작은 규모의 박막 현상 ^{(9)로부터의} 관측 천체 물리학 스케일 기능, 예를 들어, 게 성운에 : 때문에 그것은 또한 규모에서 크게 차이가 매우 많은 흐름에서 관찰되는 불안정성의 기본 성격펄서 바람에 의해 만들어진 손가락 같은 구조가 관찰 EF "> (10)는, 조밀 한 초신성 잔해를 통해 가속된다. 그것은 초기 불안정한 밀도 차이가되면 레일리 - 테일러 불안정성 제어 또는 영향을받을 수있는 방법에 관한 공개 질문 계면에 설치했다. 하나의 가능성은, 시스템의 부피 회전을 고려한다. 실험의 목적은 시스템의 회전의 영향을 조사하고,이 안정화까지의 경로가 될 수....

Protocol

주 : 실험 장치도에 개략적으로 도시되어있다. 2. 장치의 주요 부분은 회전 플랫폼 (300 mm mm × 300)은 방 구리 실린더 초전도 자석 (1.8 T)의 강한 자기장에 자중 하강 (55mm 직경) 상에 장착 이루어져 온도 수직 구멍. 플랫폼은 열쇠 구멍 오리피스 미끄럼 베어링 회전 축외 모터를 통해 회전하도록한다. 구리 실린더 동시에 회전하고, 상기 유지 핀이 제거되면 하강 키 모양의 구동축에 부착되어있다.

비표준 장비 1. 준비

1. 부양 보트
   1. 이 측면을 건드리지 않고 실험 탱크 내에서 편안하게 맞도록 배의 크기를 확인합니다.
      참고 : 부양 보트 (. 그림 3 참조)는 폴리스티렌 벽과 스폰지베이스로 구성되어 있습니다.
   2. 세인트 층으로 스폰지를 보호룽 티슈 페이퍼.
      주 : 티슈 페이퍼의 목적은 가능한 한 보트에 붓고 유체에서만큼 수직 모멘텀을 발산한다.

실험 2. 준비

1. 액체 층의 제조
   1. 증류수는 실험실 온도 (22 ± 2 °의 C)까지 올 수 있습니다. 약 ....

Results

무화과. 도 4는 두 유체 사이의 계면에서의 레일리 - 테일러 불안정의 개발을 도시 네 개의 다른 회전 속도를 들어 Ω = 1.89 라드 ^S-1 (윗줄), Ω = 3.32 라드의 ^-1, Ω = 4.68 라드 S ^{- 1,} 및 Ω = 8.74 방사선의 ^-1 (아랫 줄). 인터페이스는 = 3.0의 (오른쪽 열)을 t = t에서 시간을 0.5 초 단위와 공의 (왼쪽 열) 발전 표시됩니다. 오른쪽 열에 따라서 위에서 아래 행으로 각각 0.90, 1.59, 2.23 및 4.17 완전한 회전을 나타냅니다.

이른 시간 (t ~ 0.5-1.0들)에서 인터페이스에 교란이 지배적 길이 스케일을 전시하는 볼 수 있습니다. 연상 뱀 같은 대류 .......

Discussion

프로토콜 내에서 두 가지 중요한 단계가 있습니다. 첫번째 2.1.6.4이다. 광 층이 후 너무 빨리 조밀 한 층에 떠 경우 두 개의 혼합 유체 층의 돌이킬 수없는 혼합이 발생한다. 피할 수 있고, 두 층 사이의 날카로운 (<2mm) 인터페이스를 달성하는 것이 필수적이다. 두 번째 중요한 단계는 3.1.5입니다. 실험이-에 의해 스탠드 완전히 위치와의 시각화 및 이미지 캡처 장치 솔리드 바디 회전에 또는없이 - 최대 회전되지 않고 자석으로 해제되면 다음 절차 (2.1.6)를 반복합니다.

액체 층의 조성은, 자기장 강도와 모터 성능은 이전의 모든 층화 (2.1.6)을 만들기 위해 처음으로 확인할 수있다. 대부분의 실제적인 어려움 때문에 주어진 실험을 시작하기 전에 해결할 수 있습니다. 그러나 우리는 자석 필드에 하강 속도가 작고 바람직하지 않은 변화를 발견했다. 일반적으로 빠른 Rotating 실험 천천히 회전 실험보다 자기장에 서서히 약간 하강. 우리가 그리스 주입이 하강.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
블루 워터 트레이싱 염료	Cole-Parmer	00295-18
레드 워터 트레이싱 염료	Cole-Parmer	00295-16
염화나트륨			>99% 순도
염화망간 테트라하이드레이트			MSDS
플루오레세인 나트륨 염 참조
Magnet	Cryogenic Ltd. 런던