Magnetisch Induced Rotating Rayleigh-Taylor instabiliteit

Matthew M. Scase; Kyle A. Baldwin; Richard J. A. Hill

doi:10.3791/55088

Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Magnetisch Induced Rotating Rayleigh-Taylor instabiliteit

9.4K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/55088

⸱

3 maart 2017

Matthew M. Scase^*¹ , Kyle A. Baldwin^*² , Richard J. A. Hill^*³

¹School of Mathematical Sciences, University of Nottingham, ²Faculty of Engineering, University of Nottingham, ³School of Physics and Astronomy, University of Nottingham

^* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

We presenteren een protocol voor het bereiden van een tweedelige dichtheidsgestratificeerde vloeistof die kan worden opgestart in vaste lichaamsrotatie en vervolgens kan worden geïnduceerd in Rayleigh-Taylor instabiliteit door een gradiëntmagnetisch veld toe te passen.

Samenvatting

Klassieke technieken voor het onderzoeken van de Rayleigh-Taylor instabiliteit zijn het gebruik van gecomprimeerde gassen ^1, ² raketten of lineaire elektromotoren ³ om de effectieve richting van de zwaartekracht te keren, en versnelling van de lichtere vloeistof in de richting van de dichtere vloeistof. Andere auteurs ^bv ^{^4,} ^{^5,} ⁶ hebben een zwaartekracht onstabiele stratificatie gescheiden door een barrière die wordt verwijderd om de stroom te leiden. De parabolische eerste interface bij een roterende stratificatie legt aanzienlijke technische problemen experimenteel. We willen kunnen draaien-de vakken met solid-body rotatie pas dan de stroom teneinde de effecten van de rotatie van de Rayleigh-Taylor instabiliteit onderzoeken. De aanpak die we hier hebben aangenomen is om het magnetisch veld van de te gebruikeneen supergeleidende magneet voor het op gewicht van de twee vloeistoffen te manipuleren om de stroom te leiden. We creëren een zwaartekracht stabiele tweelaags stratificatie met behulp van standaard flotatietechnieken. De bovenste laag heeft een lagere dichtheid dan de onderlaag en zo het systeem Rayleigh-Taylor stabiel. Deze gelaagdheid wordt vervolgens gesponnen-up totdat beide lagen zijn in solid-body rotatie en een parabolische-interface wordt waargenomen. Deze experimenten gebruiken vloeistoffen met een lage magnetische susceptibiliteit, | χ | ~ 10 ^-6 - 10 ^-5, vergeleken met een ferrovloeistoffen. De dominante effect van het magnetische veld brengt een lichaam kracht om elke laag verandert de effectieve gewicht. De bovenste laag is zwak paramagnetisch terwijl de onderste laag is zwak diamagnetisch. Wanneer het magnetische veld wordt toegepast, wordt de onderlaag afgestoten van de magneet terwijl de bovenlaag wordt aangetrokken naar de magneet. Een Rayleigh-Taylor instabiliteit wordt bereikt met toepassing van een hoge gradiënt magnetisch veld. Verder hebben we geconstateerd dat increasing de dynamische viscositeit van het fluïdum in elke laag, verhoogt de lengte-omvang van de instabiliteit.

Inleiding

Een dichtheid gestratificeerd vloeistofsysteem met twee lagen kunnen worden aangebracht in een zwaartekrachtveld ofwel een stabiele of onstabiele configuratie. Indien de dichte zware laag ten grondslag aan de minder dichte, dun laagje dan het systeem stabiel: storingen aan de interface stabiel, gerestaureerd door zwaartekracht en golven worden ondersteund op de interface. Als de zware laag overlays de lichte laag dan is het systeem instabiel en storingen aan de interface groeien. Deze fundamentele vloeistof instabiliteit is de Rayleigh-Taylor instabiliteit ^{^7,} ^8. Precies hetzelfde kunnen trillingen optre....