Magnetisk induceret Roterende Rayleigh-Taylor Ustabilitet

Abstract

Klassiske teknikker til at undersøge Rayleigh-Taylor ustabilitet omfatter brug komprimerede gasser ^1, raketter ² eller lineære elektromotorer ³ for at vende den effektive retning af tyngdekraften, og fremskynde lightergas mod tættere væske. Andre forfattere ^{f.eks 4, 5, 6} har adskilt en gravitationally ustabil lagdeling med en barriere, der er fjernet for at initiere strømningen. Men den parabolske oprindelige grænseflade i tilfælde af en roterende lagdeling påføres betydelige tekniske vanskeligheder eksperimentelt. Vi ønsker at være i stand til at spinde op lagdeling i solid-body rotation og først derefter indlede flow for at undersøge virkningerne af rotation på Rayleigh-Taylor ustabilitet. Den tilgang, vi har vedtaget her er at bruge magnetfelten superledende magnet til at manipulere den effektive vægt af de to væsker til at initiere strømningen. Vi skaber en gravitationally stabil tolags lagdeling anvendelse af standard flotationsteknikker. Det øvre lag er mindre tæt end det nedre lag og så systemet er Rayleigh-Taylor stabil. Denne lagdeling derefter spundet op, indtil begge lag er i fast-krop rotation og der ses en parabolsk interface. Disse eksperimenter bruger væsker med lav magnetisk følsomhed, | χ | ~ 10 ^-6 - 10 ^-5, sammenlignet med en ferrofluider. Den dominerende effekt af magnetfeltet anvender et organ-kraft til hvert lag ændrer den effektive vægt. Det øvre lag er svagt paramagnetisk mens det nedre lag er svagt diamagnetisk. Når magnetfeltet påføres, er det nedre lag frastødes fra magneten, mens det øvre lag er tiltrukket mod magneten. En Rayleigh-Taylor ustabilitet opnås med anvendelse af en høj gradient magnetfelt. Vi desuden observeret, at increasing den dynamiske viskositet af væsken i hvert lag, øger længden målestok af ustabilitet.

Introduction

En densitet stratificeret fluid bestående af to lag kan være anbragt i et tyngdefelt i enten en stabil eller ustabil konfiguration. Hvis det tætte tunge lag ligger til grund for mindre tæt, let lag så er systemet stabilt: perturbationer i interface er stabile, genoprettes ved tyngdekraft, og bølgerne kan være understøttet på grænsefladen. Hvis den tunge lag overlejrer tyndt lag så er systemet ustabilt og perturbationer i interface vokse. Denne grundlæggende væske ustabilitet er Rayleigh-Taylor ustabilitet ^{7, 8.} Nøjagtig det samme ustabilitet kan observeres i ikke-roterende systemer, der accelereres hen imod tungere lag. På grund af den grundlæggende karakter af ustabilitet det er observeret i mange strømme, som også varierer meget i skala: fra lille skala tynd film fænomener ⁹ til astrofysiske skala funktioner observeret i, for eksempel Krabbetågenef "> 10, hvor der observeres finger-lignende strukturer, skabt af Pulsar vinde fremskyndes gennem tættere supernovarester. Det er et åbent spørgsmål, hvordan Rayleigh-Taylor ustabilitet den kan styres eller påvirkes, når den oprindelige ustabile tæthed forskel har været etableret ved en grænseflade. en mulighed er at overveje bulk-rotation af systemet. formålet med forsøgene er at undersøge effekten af ​​rotation på systemet, og om dette kan være en vej til stabilisering.

Vi betragter et fluid, der består af en to-lags tyngdekraften ustabil stratificering, er underlagt konstant rotation omkring en akse parallel med retningen af ​​tyngdekraften. En forstyrrelse et ustabilt tolags densitet lagdeling fører til baroclinic generation af hvirveldannelse, dvs. vipper, ved grænsefladen, tendens til at bryde op lodrette strukturer. Men en roterende væske er kendt for at organisere sig i en sammenhængende lodret structures linje med rotationsaksen, såkaldte Taylor kolonner ^'11. Derfor systemet under undersøgelsen undergår konkurrence mellem den stabiliserende virkning af drejningen, der afholder strømmen ind vertikale strukturer og forhindre de to lag vælte, og den destabiliserende virkning af tættere fluid overliggende lette fluidum, der genererer en væltning bevægelse ved grænsefladen . Med øget rotationshastighed evne væskelag bevæger sig radialt, med modsat retning til hinanden, for at omarrangere sig ind i en mere stabil konfiguration, i voksende grad inhiberet af Taylor-Proudman sætning ^{12, 13:} den radiale bevægelse reduceres og de observerede strukturer, der materialisere som ustabiliteten udvikler er mindre i omfang. Fig. 1 viser kvalitativt virkningen af rotation på hvirvlerne, der danner som ustabilitet udvikler sig. ivenstre billede er der ingen rotation og strømningen er en approksimation til klassisk ikke-roterende Rayleigh-Taylor ustabilitet. I højre hånd billedet alle eksperimentelle parametre er identiske med venstre hånd billedet, bortset fra at systemet bliver roteret omkring en lodret akse rettet ind efter centrum af tanken. Det kan ses, at virkningen af ​​rotationen er at reducere størrelsen af ​​hvirvlerne, der dannes. Dette vil igen, resulterer i en ustabilitet, der udvikles langsommere end den ikke-roterende modstykke.

De magnetiske effekter, der ændrer stress tensor i væsken kan anses for at handle på samme måde som en modificeret gravitationsfelt. Vi er derfor i stand til at skabe en tyngdekraften stabil lagdeling og spin det op i fast legeme rotation. De magnetiske krop kræfter, der genereres ved at pålægge den gradient magnetfelt så efterligner effekten af ​​at ændre tyngdefeltet. Dette gør grænsefladen ustabil, således at fluidet systemet Behaves, at en god tilnærmelse, som en klassisk Rayleigh-Taylor ustabilitet under rotation. Denne fremgangsmåde er tidligere blevet forsøgt i to dimensioner uden rotation ^{14, 15.} For et påført gradient magnetfelt med inducerede magnetfelt B, kroppen kraft, der påføres en væske med konstant magnetisk volumen følsomhed χ er givet ved f = grad (χ B ² / μ _0), hvor B = | B | og μ ₀ = 4π × 10 ^-7 NA ^-2 er den magnetiske permeabilitet af free-plads. Vi kan derfor overveje magneten til at manipulere den effektive vægt af hvert fluid lag, hvor den effektive vægt pr volumen af en væske af densitet ρ i et tyngdefelt styrke g er givet ved ρ g - χ (∂ B ² / ∂ z ) / (2 μ _0).

Protocol

BEMÆRK: Den eksperimentelle apparatur er vist skematisk i fig. 2. Den væsentligste del af apparatet består af en roterende platform (300 mm x 300 mm) monteret på en kobber cylinder (55 mm diameter), der stiger ned under sin egen vægt i det stærke magnetiske felt af en superledende magnet (1,8 T) med en plads temperatur lodret boring. Platformen bringes til at rotere via en off-akse motor, der forvandler en slip-bærende med et nøglehul åbning. Kobber cylinder er fastgjort til en nøgle-formet drivaksel, der samtidig roterer, og ned, når bedriften-stiften er fjernet.

1. Fremstilling af ikke-standard udstyr

1. flotation båd
   1. Gør størrelsen af ​​båden, således at den passer komfortabelt inden den eksperimentelle tanken uden at røre siderne.
      BEMÆRK: flotation båd (. Se figur 3) består af polystyren vægge og en svamp base.
   2. Beskyt svamp med et lag af strong silkepapir.
      BEMÆRK: Formålet med tissuepapiret er at sprede så meget lodret momentum fra fluidet hældes i båden som muligt.

2. Fremstilling af eksperiment

1. Fremstilling af flydende lag
   1. Tillad destilleret vand til at komme op til laboratoriet temperatur (22 ± 2 ° C). Ca. 650 ml er påkrævet for hver eksperimentel realisering.
      BEMÆRK: lade blandingen ækvilibrere forhindrer dannelsen af ​​bobler i eksperimentet grund exsolving luft.
   2. Adskil destilleret vand i lige store volumener i to separate beholdere, A og B, der vil blive anvendt til at forberede væske til det tætte nedre lag og lys øvre lag hhv.
   3. Ex-situ-fremstilling af tæt nedre lag. Til pakningsstørrelser A:
      1. Tilføj NaCl til opnåelse af en koncentration på 0,43 mol NaCl per liter vand (ca. 25 g NaCl per litervand vil være påkrævet);
      2. Tilføj 0,33 g røde og blå vand-tracing farvestoffer til det nedre lag beholder (f.eks Cole-Parmer 00.295-16 & -18);
      3. Tilføj 0,1 g L ^-1 fluorescein natrium.
         BEMÆRK: Det nedre lag bliver nu være uigennemsigtige og have en densitet på ca. 1012,9 ± 1,2 kg ^m-3.
   4. Ex-situ-fremstilling af lys øvre lag. Til indholdet af beholderen B:
      1. Tilføj _MnCI2 salt til opnåelse af en koncentration på 0,06 mol _MnCI2 pr liter vand (ca. 12 g _MnCI2 pr liter vand).
         BEMÆRK: Det øverste lag vil være gennemsigtige i udseende og har en massefylde på ca. 998,2 ± 0,5 kg m ^-3.
   5. At variere viskositeten af væsken lag, tilsættes glycerol C ₃ H ₈ O ₃ i lige store mængder til hvert lag, indtil den ønskede viskositet er opnået. Typisk viscosities ligger i intervallet 1,00 × 10 ^-3 - 21,00 × 10 ^-3 Pa s. Viskositeten af ​​hvert lag er det samme.
      BEMÆRK: Blandingerne kan opbevares sikkert i deres separate beholdere, indtil den skal.
   6. Ex-situ-fremstilling af densitet lagdeling.
      1. Der tilsættes 300 ml af den pakningsstørrelser A til den cylindriske indre beholder (se fig. 2).
      2. Nedsænk flotation bådens svamp i væske fra beholder B.
         BEMÆRK: Efter (2.1.6.2) proceduren er tidsfølsomme, så ikke foretage yderligere trin, indtil alle magneten og belysning, optagelse og mekaniske mekanismer er klar.
      3. Løft flotation båd ud af beholderen B og, når den er stoppet dryp, omhyggeligt placere flotation båd oven på laget af tætte fluidum i det indre cylindriske tank.
      4. Begynd at tilføje lys lag væske fra beholderen B til flotation båd på en strømningshastighed på3 ml / min. Gradvist øge denne strømningshastigheden som flotation båden løfter sig væk fra grænsefladen mellem de to lag. Oprethold en langsom nok strømningshastighed, at grænsefladen ikke forstyrres af den øgede dynamikken i fluidstrømmen, men hurtigt nok, at denne proces tager ikke mere end 20 min. Hold fyldning indtil det øvre lag indeholder 320 ml væske.
         BEMÆRK: Det nedre lag vil være i en dybde på ca. 33 mm, og det øvre lag vil være i en dybde på ca. 39 mm.
      5. Sænk forsigtigt Lucite låget ind i det øvre lag, at laget dybder hvert lag er ens. Tillad fluidum og luft at strømme gennem drænhuller, der sikrer, at ingen luft er fanget under. Observere et lag (ca.. 6 mm) af klart lys lag flydende oven på lucite låget.
         BEMÆRK: Hvis processen har været vellykket, vil der være to lag væske af samme dybde med en skarp grænseflade mellem dem. Tykkelsen af ​​diffusionslaget ved grænsefladen vil være mindre end 2 mm på dette tidspunkt.
   7. Fyld den ydre beholder med rent destilleret vand til en højde 6 mm over Lucite låg af den indre beholder. Ved at observere square-on der vil være nogen krumning-induceret parallakse følge af det indre cylindriske tank.
      BEMÆRK: Da de væsker i hvert lag løbende diffunderer tværs af grænsefladen på dette punkt, fortsæt straks til de følgende trin.
2. Spin-up af lagdeling
   1. Placer eksperimentelle tank på platformen.
   2. Placer aftale med kobber cylinder i boringen af ​​magneten, drivakslen gennem nøglehullet åbning i sporet, og holdertappen i position. Sikre, at tanken er langt væk (60 cm) fra magneten, således at de magnetiske kræfter på væskerne er ubetydelige i denne position.
      BEMÆRK: Regnskabsmæssig den eksperimentelle tank, der indeholder den lagdeling præsenterer nogle vanskeligheder; lang, lav amplitude, sloshing bølger oprettet ved at gå med the tanken vil henfalde væk, der har ubetydelig indvirkning på kvaliteten af ​​grænsefladen opnået, når flydende det øverste lag på.
   3. Tænd for motoren, forøgelse af rotation ved 0,002 rad s ^-2, spinning-up fluidet til den ønskede rotationshastighed. For rotation satser i ¹⁶ var spin-up tid af ordren 20 min - 60 min.
      BEMÆRK: Den hurtigste rotation, der anvendes var 13,2 rad s ^-1.

3. Udførelse af eksperiment

1. Sikre, at magneten er indikerer en feltstyrke på 1,2 T, og at i den højde, som den ustabilitet initieres feltgradienten er (grad B ²⁾ / 2 = -14,3 T ² m ^-1, hvor B er den magnetiske induktion .
2. Sikre, at videokameraet er indrettet således, at når drivakslen er i sin laveste position enten sidebillede af eksperimentet er i fokus, eller et planbillede er i fokus gennem et spejl placed ovenfor eksperimentet.
3. Sørg for, omgivende belysning er på det korrekte niveau, således at ingen af ​​billedet optages af kameraet er mættet, men som anvendes fuldt respons (gråtoner intensiteter i området 0-255).
4. Begynd videooptagelse (240 fps). Brug en fjernbetjening til at forhindre bevæge kameraet, mens du betjener optagefunktionen.
5. Fjern holdertappen, tillader tanken at stige ned, mens det roterer, i det magnetiske felt.

4. Nulstil Experiment

1. Nulstil eksperimentel rig
   1. Brug fjernbetjeningen for at stoppe videooptagelse.
   2. Gem filmen filen på disken.
   3. I hånden, sænke spændingen til motoren, således at det bremser i stå. Udføre denne gradvist for at undgå spild.
   4. Fjern eksperimenterende arrangement fra magnet.
   5. Bortskaf de blandede flydende lag passende (se Mangan tetrahydrat sikkerhedsdatablade).
   6. Skyl beholderen med vand (detbehøver ikke at være destilleret), indtil alle spor af salte er blevet vasket væk. Undgå direkte hudkontakt med væsker.
   7. Tør beholderen forsigtigt med filtrerpapir for at sikre, at ingen rester, som kan forurene efterfølgende eksperimenter.

5. Billedbehandling

1. Uddrag de enkelte billeder fra hver film ramme og gemme i tabsfri .png format. Maskere uønskede områder af hver ramme, f.eks platformen eller kobber cylinder.
2. Beregn den todimensionale autokorrelationsfunktionen ¹⁶ i hvert billede ramme til 2 s efter påbegyndelse af ustabilitet under anvendelse af en diskret Fast Fourier Transform. Den mindste, betyder, og maksimale værdi af den observerede bølgelængde for rotationshastigheden af ​​eksperimentet og viskositeten af ​​fluidet lag.

Representative Results

Fig. 4 viser udviklingen i Rayleigh-Taylor ustabilitet på grænsefladen mellem de to væsker, for fire forskellige rotation satser: Ω = 1,89 rad s ^-1 (øverste række), Ω = 3,32 rad s ^-1, Ω = 4.68 rad s ^{- 1,} og Ω = 8,74 rad s ^-1 (nederste række). Interfacet er vist udvikler sig i tid fra t = 0 s (venstre kolonne) med intervaller på 0,5 s til t = 3,0 s (højre kolonne). Den højre kolonne repræsenterer derfor 0,90, 1,59, 2,23, og 4,17 komplette revolutioner henholdsvis fra top til bund række.

På tidlige tidspunkter (t ~ 0,5-1,0 s) ses en perturbation til grænsefladen, som udviser en dominerende længdeskala. Kan observeres strukturer minder slange-lignende konvektion ruller ^17. Trods midten af ​​tanken bliver ustabil første er der ingen klarinitiering ved midten af ​​tanken; ustabiliteten, at en god tilnærmelse, initieres i hele omfanget af tanken. (Ved den højeste rotationshastighed kan observeres nogle refleksion fra belysning riggen, dette er uundgåeligt med implementeret konfiguration og forekommer på grund af krumningen af ​​den frie overflade af væsken over tankens låg.)

Det fremgår, at med en forøgelse i rotationshastigheden, aftager den observerede ustabilitet i længdeskala. Ved de lavere rotationshastigheder stierne efterfulgt af de oprindelige forstyrrende strukturer har betydelige radial afvigelse, bugtende ind mod midten af ​​tanken og tilbage ud til sidevæggene igen. På de laveste rotation satser ustabilitet er mere cellulære end Serpentine. Som rotation sats forøges ikke længere observeres den cellulære indledende forstyrrelse og en mere Serpentine-lignende struktur vises. Med stigende rotationshastighed bredden af ​​disse strukturs aftager. Det kan også bemærkes, at mængden af ​​radial bugtende aftager også. Det kan ses, at med rotationshastigheder vist, ustabilitet udvikler radialt først med azimut-perturbationer bliver mere udtalte, efterhånden som tiden udvikler sig. Ved tiden t ≈ 3,0 s er det vanskeligt at skelne hvilke strukturer er opstået på grund af en radial eller azimutal perturbation.

Nøglen observation fra billederne, er, at den observerede længdeskala af strukturerne er mindre for større rotationshastigheder. Vi kan også se styrken af ​​teknikken ved, at ustabilitet ikke udvikler fra en vortex ark skabt af en lock-fjernelse.

Fig. 5 viser billeder fra en række eksperimenter holde rotationshastigheden fast (Ω = 7,8 ± 0,1 rad s ^-1), men varierende fluidet viskositet. Forholdet mellem viskositeten af ​​hvert lag sammenlignet to viskositeten af vand, μ / pW, varierer fra 1,00 (øverste række) til 20,50 (nederste række) og tidspunktet for hvert billede varierer fra t = 0 s (venstre kolonne) til t = 1,5 s (højre kolonne). Det fremgår, at som viskositeten af ​​de to lag forøges de observerede målestoksforhold op længde. I den mest tyktflydende viste tilfælde den observerede længdeskala er ca. 18 mm i forhold til skalaen 6 mm længde blev observeret i mindst viskøse sag. Det kan også ses, at i den mest viskøse tilfælde synes der at være en stærk væg effekt. Vi observerer en generel tendens fra kort til lang bølgelængde ustabilitet som viskositeten forøges.

De observerede ustabiliteter har en bølgelængde, som ændrer sig langsomt med tiden, og som vi måler eksperimentelt via en auto-korrelation af hvert billede i filmen af ​​eksperimentet. Autokorrelationen beregnes ud fra en todimensional diskrete Fast Fourier Transform af billedet intensitet. Lysområder af billedet repræsenterer toppe i ustabilitet, og mørke områder indikerer trug. Et maksimum i auto-korrelationen er derfor et mål for den ustabilitet, bølgelængde, der er af afgørende betydning, da spredningen forhold til Rayleigh-Taylor ustabilitet viser, at væksten i en given tilstand af ustabilitet afhænger af dens bølgelængde. Fig. 6 viser repræsentative målinger af den observerede bølgelængde på ustabilitet til at variere rotationshastigheder. Vi observerer, at som rotationen stiger den observerede bølgelængde på ustabilitet falder til en lavere tærskel på ca. 6 mm for rotation satser større end ca. 4 rad s ^-1.

Figur 1: Kvalitativ effekt af rotation på Rayleigh-Taylor ustabilitet. Billedet til venstre side er af Rayleigh-Taylor ustabilitet udvikler ina ikke-roterende system. Den ustabilitet udvikler sig i tid, danner store hvirvler, der transporterer de "tættere" (grøn) væske nedad. Billedet til højre er af de samme fluider, og derfor den samme tyngdefelt / magnetiske ustabilitet, men her systemet roterer. Virkningen af ​​rotationen kan ses at begrænse størrelsen af ​​hvirvlerne, der danner og inhibere størstedelen lodret transport af væske. De viste tider er 1,92 s og 3,52 s efter indledningen på venstre side og højre side hhv. Diameteren tanken er 90 mm, og rotationen sats i højre billedet var 2,38 rad s ^-1. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2: Eksperimentel opsætning. En cylindrical tanken indeholder de to flydende lag. En Lucite låg danner en fast låg til de to lag. Fluid over låget medvirker til at fjerne refleksioner og blænding fra Lucite. Den cylindriske beholder er nedsænket i destilleret vand i en rektangulær ydre beholder. Disse tanke er placeret på en platform og spundet op over magneten hvor de magnetiske kræfter er ubetydelige. Platformen er spundet af en off-center motor roterer et nøglehul formet slip-bærende. Til at begynde eksperimentet stiften er fjernet, og eksperimentet ned under sin egen vægt i magnetfeltet, samtidigt med at rotere. (Dette tal er blevet ændret fra ^16.) Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3: Flotation "Boat". Detflotation båd foretaget af hot-limning et tæt svamp lag (gul) til undersiden af ​​polystyren vægge (grå) at lave en "båd". Lyset øvre lag væske vil langsomt diffundere gennem svampen, flyder oven på det tætte nedre lag med minimal blanding mellem de to lag. Lagdeling kan forbedres yderligere ved at placere et lag af tissuepapir (blå) oven på svampen lag til yderligere diffundere fremdriften af ​​det indkommende lys fluide lag. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4: En sekvens af billeder af det udviklende ustabilitet fra den anden serie af eksperimenter, der demonstrerer den virkning at øge rotationshastigheden. Satserne for rotation stigning fra Ω = 1,89 rads ^-1 i den øverste række til w = 8,74 rad s ^-1 i den nederste række. De viste tider er målt fra det tidspunkt, at den begyndende ustabilitet observeres. Skalaen bar viser en længde på 10 cm i trin på 1 cm. Diameteren af ​​den sorte cirkel repræsenterer en længde på 10,7 cm. (Dette tal er blevet ændret fra ^16.) Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5: En sekvens af billeder, der viser virkningen af at variere fluid viskositet på ustabilitet. Rotationen sats blev fastsat til Ω = 7,8 ± 0,1 rad s ^-1 for hvert forsøg, og den tid er vist, er i intervaller på 1,5. Den midterste række viser ustabilitet i et system, der har viskositeten ca.8.36 gange den for vand. I den øverste række af systemets viskositet er ca. 20,50 gange større end vand. Det kan ses, at den observerede længde af ustabilitet skala stiger med stigende fluid viskositet. Skalaen bar viser en længde på 10 cm i trin på 1 cm. Diameteren af ​​den sorte cirkler repræsenterer en længde på 10,7 cm. (Dette tal er blevet ændret fra ^16.) Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 6: Den dominerende observerede bølgelængde ved starten af ustabilitet. Vi observerer en lavere tærskel for omfanget af ustabilitet på ca. 6 mm for alle rotation satser større end ca. 4 rad s ^-1. De fejl søjler indikerer maksimum og minimum måltbølgelængde over de første 2 s efter indledningen af ​​ustabilitet. (Dette tal er blevet ændret fra ^16.) Klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

Der er to vigtige skridt i protokollen. Den første er 2.1.6.4. Hvis lyset lag flød på det tætte lag for hurtigt derefter irreversibel blanding af de to blandbare væskelag finder sted. Det er vigtigt, at dette undgås, og at en skarp (<2 mm) grænseflade mellem de to lag er opnået. Det andet afgørende skridt er 3.1.5. Hvis forsøget er frigivet mod magneten uden at blive fuldt spundet op i fast legeme rotation eller uden visualisering og billedoptagelse apparat i stilling, og på stand-by derefter gentage proceduren (2.1.6).

Sammensætningen af ​​de flydende lag, kan den magnetiske feltstyrke og motoren ydeevne alle verificeres før start for at gøre stratificering (2.1.6). De fleste praktiske problemer kan derfor løses, før de påbegynder en given eksperiment. Vi har fundet et lille og uønsket variation i nedstigning hastighed ind feltmagneten dog. Typisk hurtigere rotating eksperimenter ned lidt langsommere ind magnetfeltet end langsomt roterende eksperimenter. Det kan være nødvendigt at modificere slip bærende selvom vi fundet smøring hjalp ikke reducerer variabiliteten i afstamning hastighed. Vi fandt, at placere en lille (ikke-magnetisk) vægt på platformen tilladt os at opnå ensartede afstamning hastigheder på 10 ± 1 mm s ^-1 for alle forsøgene.

Den væsentligste begrænsning ved apparatet er, at magnetfeltet ikke kan anvendes øjeblikkeligt; den superledende magnet kræves 1-2 timer til at aktivere. Ideelt, når væskelag spindes-up ville vi øjeblikkeligt for kraftige ensartet magnetfelt til tanken for at udløse ustabilitet. Af denne grund i dette forsøg blev beholderen sænkes ved ensartet hastighed i magnetfeltet.

Trods nødvendigheden af ​​at sænke eksperimentet i magnetfeltet, denne teknik har en række fordele i forhold til etableredemetoder. Fremgangsmåden er både glat, i modsætning til raketter metoder ^2, og kræver ingen lås, som med LEM metoder ^3, men i modsætning til metoder lock-release. Dette er en betydelig fordel i roterende Rayleigh-Taylor strømning som den indledende spundet-up state of the væskelag har en parabol interface. Desuden ved ikke at have en lås undgås, de vanskeligheder, der er forbundet med den bibringes vortex ark fremkaldt af lock-fjernelse. Vi mener, at vores eksperimenter for at være den første eksperimentelle realisering af virkningerne af rotation på Rayleigh-Taylor ustabilitet.

Vores teknik er udviklet med henblik på anvendelser i klassisk fluidmekanik hidtil. Vi har brugt svagt paramagnetiske og diamagnetiske væsker til at manipulere den effektive vægt af væske parceller. Vi har til dato været i stand derfor vurdere magnetfelt og væsken mekanik til afkobles. Fremtidige retninger for forskning ved hjælp af denne teknik herunde overvejer adfærd ferrofluider og samspil med det magnetiske felt i den roterende Rayleigh-Taylor ustabilitet set-up, hvor denne afkobling ikke længere er gyldig.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Blue water tracing dye	Cole-Parmer	00295-18
Red water tracing dye	Cole-Parmer	00295-16
Sodium Chloride			>99% purity
Manganese Chloride Tetrahydrate			See MSDS
Fluorescein sodium salt
Magnet	Cryogenic Ltd. London