חוסר יציבות הסיבוב המגנטי המושרית ריילי-טיילור

Summary

אנו מציגים פרוטוקול להכנת נוזל מרובד בצפיפות דו-שכבתית שניתן לסובב אותו לסיבוב גוף מוצק ולאחר מכן לגרום לחוסר יציבות ריילי-טיילור על ידי הפעלת שדה מגנטי שיפוע.

Abstract

טכניקות קלסיות חוקר את חוסר יציבות ריילי-טיילור כוללות שימוש גזי דחוסים ^1, טילים ² או מנועים ליניאריים חשמליים ³ להפוך את הכיוון היעיל כובד, ולהאיץ את הנוזל המצית לעבר הנוזל הצפוף. מחברים אחרים ^{כגון 4, 5, 6} נפרדו ריבוד יציב כבידתית עם מחסום כי הוא הסיר כדי ליזום את הזרימה. עם זאת, הממשק הראשוני פרבוליות במקרה של ריבוד מסתובבת מטילה קשיים טכניים משמעותיים באופן ניסיוני. אנו רוצים להיות מסוגלים ספין את ריבוד לתוך סיבוב מוצק גוף ורק אז ליזום את הזרימה כדי לחקור את ההשפעות של סיבוב על חוסר יציבות ריילי-טיילור. הגישה שאימצנו כאן היא להשתמש בשדה המגנטי שלמגנט מוליך כדי לתפעל את המשקל היעיל של שני הנוזלים ליזום את הזרימה. אנו יוצרים ריבוד דו שכבתי יציבת כבידתית שימוש בטכניקות הנפקה סטנדרטיות. השכבה העליונה היא פחות צפוף מאשר השכבה התחתונה וכך המערכת היא יציבה ריילי-טיילור. ריבוד זה ואז סובב-עד שני השכבות נמצאות סיבוב מוצק גוף וממשק פרבוליות הוא ציין. ניסויים אלה להשתמש בנוזל עם רגישות מגנטית נמוכה, | χ | ~ 10 ^-6 - 10 ^-5, לעומת ferrofluids. ההשפעה הדומיננטית של השדה המגנטי חלה גוף-כוח לכל שכבה לשנות את המשקל היעיל. השכבה העליונה היא פאראמגנטיים חלושות בעוד השכבה התחתונה היא diamagnetic חלושה. כאשר השדה המגנטי מוחל, השכבה התחתונה היא דחויה מן המגנט בעוד השכבה העליונה נמשכת לכיוון המגנט. אי יציבות ריילי-טיילור מושג עם יישום של שדה מגנטי שיפוע גבוה. עוד ראינו כי increasing הצמיגות הדינמית של הנוזלים בכל שכבה, מגדיל את קנה באורך של חוסר היציבות.

Introduction

מערכת נוזל ריבוד צפיפות מורכבת משתי שכבות ניתן לארגן בשדה הכביד או אורווה או תצורה יציבה. אם שכבת הכבד הצפופה ביסוד פחות צפופה, שכבת האור אז המערכת היא יציבה: הפרעות לממשק יציבות, שוחזר על ידי כוח הכביד, וגלים עשויים להיות נתמכים על הממשק. אם שכבת כבד שכבות שכבת האור אז המערכת אינה יציבה ו פרעות אל grow הממשק. חוסר יציבות נוזל יסוד זו היא חוסר יציבות ^{7 ריילי-טיילור, 8.} בדיוק אותו חוסר היציבות הזה עלול להיות שנצפה מערכות שאינן מסתובבות מואצים לקראת השכבה הכבדה. בשל אופיו הבסיסי של חוסר היציבות הוא ציין בתזרים רב מאוד כי גם להשתנות במידה רבה בקנה מידה: מתופעות סרט ד....

Protocol

הערה: הציוד המשמש לניסויים מוצג באופן סכמטי באיור. 2. החלק העיקרי של מנגנון מורכב של פלטפורמה מסתובבת (300 מ"מ × 300 מ"מ) רכוב על גליל נחושת (בקוטר 55 מ"מ) היורד תחת כובד משקלו לתוך שדה מגנטי חזק של מגנט מוליך (1.8 T) עם חדר טמפרטורה נושא אנכי. הפלטפורמה נעשית כדי לסובב באמצעות מנוע מחוץ ציר שהופך תלושות נושאות עם פתח חור מנעול. הגליל נחושת מחובר פיר מפתח בצורת כונן שמסתובב זמנית, ויורד פעם החזקת פיני מוסר.

1. הכנת ציוד Non-Standard

1. סירת הנפקה

Results

תאנה. 4 מציג את ההתפתחות של אי יציבות ריילי-טיילור על הממשק בין שני הנוזלים, במשך ארבעה שיעורי סיבוב שונים: Ω = 1.89 rad s ^-1 (בשורה העליונה), Ω = 3.32 rad s ^-1, Ω = 4.68 s rad ^{- 1,} ו Ω = 8.74 rad s ^-1 (בשורה התחתונה). הממשק מוצג מתפתח בזמן מן t = 0 s (העמודה הימנית) בקפיצות של 0.5 s ל- t = 3.0 s (בעמודה הימנית). בעמודה הימנית ולכן מייצג 0.90, 1.59, 2.23, ו 4.17 מהפכות מלאות בהתא.......

Discussion

ישנם שני שלבים קריטיים בתוך הפרוטוקול. הראשונה היא 2.1.6.4. אם אור השכבה הוא צף על השכבה הצפופה מדי במהירות ואז ערבוב בלתי הפיך של שתי שכבות נוזל בליל מתרחש. זה חיוני כי זה הוא נמנע וכי ממשק חד (<2 מ"מ) בין שתי השכבות מושגת. השלב הקריטי השני הוא 3.1.5. אם הניסוי הוא שוחרר לכיוון המגנט מבלי סובב במלואן לתוך סיבוב גוף מוצק או בלי המנגנון הלכיד להדמיה ותמונה בעמדה על מתנה ואז לחזור על התהליך (2.1.6).

הרכב של.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
צבע מעקב אחר מים כחולים	Cole-Parmer	00295-18
צבע איתור מים אדום	Cole-Parmer	00295-16
נתרן כלורי			>99% טוהר
מנגן כלוריד טטרהידרט			ראה MSDS
פלואורסצאין מלח נתרן
מגנט	קריוגני בע"מ לונדון