Magneticamente induzida Rotating Rayleigh-Taylor Instabilidade

Abstract

Técnicas clássicas para investigar a instabilidade Rayleigh-Taylor incluem o uso de gases comprimidos ^1, foguetes ² ou motores eléctricos lineares ³ para inverter a direção efetiva da gravidade, e acelerar o fluido de isqueiro para o fluido mais denso. Outros ^{autores, por exemplo 4, 5, 6} têm uma estratificação separados gravitacionalmente instável com uma barreira que é removido para dar início ao fluxo. No entanto, a interface inicial parabólica no caso de uma estratificação rotativo impõe dificuldades técnicas significativas experimentalmente. Queremos ser capazes de girar-se a estratificação em rotação de corpo sólido e só então iniciar o fluxo, a fim de investigar os efeitos de rotação sobre a instabilidade Rayleigh-Taylor. A abordagem que aqui adoptada é a utilização do campo magnético deum magneto supercondutor para manipular o peso efectivo dos dois líquidos de dar início ao fluxo. Criamos uma estratificação de duas camadas gravitacionalmente estável usando técnicas de flutuação normais. A camada superior é menos denso do que a camada inferior e para que o sistema é estável Rayleigh-Taylor. Esta estratificação é, então, girou-up até que ambas as camadas estão em rotação de corpo sólido e uma interface parabólica é observado. Estas experiências usam fluidos com baixa susceptibilidade magnética, | χ | ~ 10 ^{~ 6} - 10 ^{~ 5,} em comparação com um ferrofluidos. O efeito dominante do campo magnético se aplica uma força de corpo para cada camada alterando o peso efetivo. A camada superior é fracamente paramagnético enquanto a camada inferior é fracamente diamagnético. Quando o campo magnético é aplicado, a camada inferior é repelido do íman enquanto que a camada superior é atraído em direcção ao íman. Uma instabilidade Rayleigh-Taylor é obtida através da aplicação de um campo magnético de gradiente elevado. Observou-se, ainda, que increasing a viscosidade dinâmica do fluido em cada uma das camadas, aumenta o comprimento da escala de instabilidade.

Introduction

Um sistema de fluido de densidade estratificada constituída por duas camadas podem ser dispostos em um campo gravitacional em qualquer um estável ou uma configuração instável. Se a camada pesada densa está subjacente à camada menos densa, luz, em seguida, o sistema é estável: perturbações na interface são estáveis, restaurada por gravidade, e as ondas podem ser suportados na interface. Se a camada pesada se sobrepõe à camada de luz, em seguida, o sistema é instável e perturbações para a interface de crescer. Esta instabilidade fluido fundamental é a instabilidade Rayleigh-Taylor ^{7, 8.} Exactamente o mesmo pode ser observada instabilidade em sistemas não-rotação que são acelerados em direcção da camada mais pesada. Devido à natureza fundamental da instabilidade que se observa em muitos fluxos que também variam muito em escala: de pequena escala película fina fenômenos ⁹ às características escala astrofísicos observados em, por exemplo, a Nebulosa do Caranguejoef "> 10, onde são observadas estruturas semelhantes a dedos, criado por ventos pulsar ser acelerado através de restos de supernova mais densas. É uma questão em aberto sobre a forma como a instabilidade Rayleigh-Taylor podem ser controladas ou influenciadas uma vez que a diferença inicial densidade instável tem sido estabelecida numa interface. uma possibilidade é a de considerar rotação maior parte do sistema. a finalidade das experiências é o de investigar o efeito da rotação sobre o sistema, e se esta pode ser uma via para a estabilização.

Consideramos que um sistema de fluido que é constituída por uma camada de estratificação dois gravitacionalmente instável que está sujeita a rotação constante em torno de um eixo paralelo à direcção da gravidade. Uma perturbação de uma estratificação de densidade de duas camadas instável conduz à geração baroclínica de vorticidade, ou seja, a capotagem, na interface, que tende a quebrar-se quaisquer estruturas verticais. No entanto, um fluido de rotação é conhecida a organizar-se em r verticais coerenteructures alinhado com o eixo de rotação, de modo que o 'Taylor colunas' ^11. Por isso, o sistema sob investigação é submetido a competição entre o efeito de estabilização da rotação, que está a organizar o fluxo em estruturas verticais e impedindo as duas camadas capotagem, e o efeito de desestabilização do fluido mais denso que cobre o fluido mais leve que gera um movimento de capotamento na interface . Com o aumento da velocidade de rotação a capacidade das camadas de fluido para mover radialmente, com sentido oposto um ao outro, de modo a rearranjar-se numa configuração mais estáveis, é cada vez mais inibida pelo teorema de Taylor-Proudman, ^{12, 13:} o movimento radial é reduzida e as estruturas observadas que se materializam como a instabilidade desenvolve são menores em escala. FIG. 1 mostra qualitativamente o efeito da rotação sobre os turbilhões que se formam como a instabilidade desenvolve. Noimagem mão esquerda não há rotação e o fluxo é uma aproximação à instabilidade clássica não rotativo Rayleigh-Taylor. Na imagem do lado direito todos os parâmetros experimentais são idênticos aos da imagem esquerda, excepto que o sistema está a ser rodado em torno de um eixo vertical alinhado com o centro do tanque. Pode ser visto que o efeito de rotação é o de reduzir o tamanho dos remoinhos que se formam. Este, por sua vez, resulta em uma instabilidade que se desenvolve de forma mais lenta do que a contraparte não rotativa.

Os efeitos magnéticos que modificam o tensor de tensão no fluido pode ser considerado como actuando na mesma maneira que um campo gravitacional modificado. Estamos, portanto, capaz de criar uma estratificação gravitacionalmente estável e girá-lo em rotação corpo sólido. As forças de corpo magnéticos gerados por impor o campo magnético gradiente então imitar o efeito de modificar o campo gravitacional. Isto torna a interface instável de tal forma que o sistema de fluido behaves, com uma boa aproximação, como a instabilidade Rayleigh-Taylor clássica sob rotação. Esta abordagem foi anteriormente tentada em duas dimensões, sem rotação ^{14, 15.} Para obter um gradiente de campo magnético aplicado com induzida campo magnético B, a força aplicada ao corpo de um fluido constante χ volume de susceptibilidade magnética é dada por f = graduado (χ B ² / μ _0), em que B = | B | e μ ₀ = 4π × 10 ^-7 NA ^-2 é a permeabilidade magnética do espaço livre. Podemos, portanto, considerar o íman para manipular o peso efectivo de cada camada de fluido, onde o peso efectivo por unidade de volume de um fluido de ρ densidade num campo gravitacional da força g é dada por ρ g - χ (∂ B ² / ∂ Z ) / (2 μ _0).

Protocol

NOTA: O dispositivo experimental é mostrado esquematicamente na Fig. 2. A parte principal do aparelho é constituído por uma plataforma rotativa (300 mm x 300 mm) montado no cilindro de cobre (55 mm de diâmetro) que desce sob o seu próprio peso no forte campo magnético de um magneto supercondutor (1,8 T), com um quarto furo vertical, temperatura. A plataforma é feita para girar através de um motor fora de eixo que gira um deslizamento de suporte com um orifício buraco da fechadura. O cilindro de cobre está ligado a um veio de chave em forma de disco que roda simultaneamente, e uma vez que o desce-pino de retenção é removido.

1. Preparação de equipamentos não-padrão

1. barco de flotação
   1. Adicione o tamanho do barco de tal modo que ele se adapta confortavelmente no interior do tanque experimental sem tocar os lados.
      NOTA: O barco de flotação (ver Fig. 3) é composto por paredes de poliestireno e uma base de esponja.
   2. Proteger a esponja com uma camada de stlenço de papel rong.
      NOTA: A finalidade do papel de seda é dissipar o máximo impulso vertical a partir do fluido derramado para dentro do barco quanto possível.

2. Preparação da Experiência

1. Preparação de camadas líquidas
   1. Permitir que a água destilada para chegar até à temperatura de laboratório (22 ± 2 ° C). Cerca de 650 ml é necessária para cada realização experimental.
      NOTA: Permitir que a mistura se equilibre evita a formação de bolhas na experiência devido à exsolving ar.
   2. Separa-se a água destilada em volumes iguais em dois recipientes separados, A e B, os quais irão ser utilizados para preparar o líquido para a camada densa e inferior da camada superior de luz respectivamente.
   3. Preparação ex-situ da camada inferior densa. Para o conteúdo do recipiente A:
      1. Adicionar NaCl a atingir uma concentração de 0,43 mol de NaCl por litro de água (cerca de 25 g de NaCl por litro deserá necessário água);
      2. Adicionar corantes de rastreamento de água 0,33 g de vermelho e azul para o recipiente camada inferior (por exemplo, Cole-Parmer 00295-16 e -18);
      3. Adicionar 0,1 g L ^-1 de fluoresceína de sódio.
         NOTA: A camada inferior será agora ser opacos e ter uma densidade de cerca de 1012,9 ± 1,2 kg m ^-3.
   4. Preparação ex-situ da camada superior de luz. Para o conteúdo do recipiente B:
      1. Adicionar sal de _MnCl2 para atingir uma concentração de 0,06 mol de MnCl ₂ por litro de água (cerca de 12 g de _MnCl2 por litro de água).
         NOTA: A camada superior será transparente em aparência e têm uma densidade de cerca de 998,2 ± 0,5 kg m ^-3.
   5. Para variar a viscosidade das camadas de fluido, adicionar glicerol C ₃ H ₈ O ₃ em quantidades iguais a cada camada, até a viscosidade desejada é atingida. viscositie típicas encontram-se na faixa de 1,00 × 10 ^-3 - 21,00 × 10 ^-3 Pa s. A viscosidade de cada camada é a mesma.
      NOTA: As misturas podem ser armazenados com segurança em seus recipientes separados até serem necessárias.
   6. Preparação ex-situ de estratificação da densidade.
      1. Adicionar 300 mL do conteúdo do recipiente para o tanque interior cilíndrica (ver Fig. 2).
      2. Mergulhe a esponja do barco de flutuação no fluido do recipiente B.
         NOTA: Depois de (2.1.6.2) o procedimento é sensível ao tempo, por isso não realizar quaisquer passos até que todo o íman e a iluminação, gravação e mecanismos mecânicos estão prontos.
      3. Levantar o barco flotação para fora do recipiente B e, quando parou de gotejamento, colocar cuidadosamente o barco de flutuação na parte superior da camada de fluido denso no tanque cilíndrico interior.
      4. Começar a adicionar o líquido da camada de luz a partir do recipiente B para o barco de flutuação, com um caudal de3 ml / min. Aumentar gradualmente a esta taxa de fluxo de como o barco flotação levanta em relação à interface entre as duas camadas. Manter uma taxa suficiente fluxo lento que a interface não é perturbado pelo aumento da dinâmica do fluxo de fluido, mas rápido o suficiente para que este processo não leva mais do que 20 min. Manter o enchimento até que a camada superior contém 320 ml de fluido.
         NOTA: A camada inferior será a uma profundidade de aproximadamente 33 mm e a camada superior estará a uma profundidade de aproximadamente 39 mm.
      5. Cuidadosamente abaixe a tampa Lucite na camada superior de modo que as profundidades de camada de cada camada são iguais. Permitir que o fluido e o ar flua através dos orifícios de purga, assegurando que nenhum ar fica preso por baixo. Observar uma camada (aprox. 6 mm) do líquido desobstruído leve camada na parte superior da tampa de acrílico.
         Observação: se o processo foi bem sucedido haverá duas camadas de líquido de igual profundidade com uma interface bem definida entre eles. A espessura da camada de difusão na interface será menor do que 2 mm nesta fase.
   7. Encha o tanque exterior com água destilada clara até uma altura de 6 mm acima da tampa de acrílico do depósito interno. Ao observar-quadrado em que não haverá paralaxe induzida por curvatura resultante a partir do tanque cilíndrico interior.
      Observação: Uma vez que os líquidos em cada camada são continuamente difundir através da interface neste ponto, prosseguir imediatamente para os passos seguintes.
2. Spin-up da estratificação
   1. Coloque o tanque experimental sobre a plataforma.
   2. Posicionar o arranjo com o cilindro de cobre no orifício do íman, o veio de accionamento através do orifício de fechadura na pista e o pino de retenção em posição. Certifique-se de que o tanque está longe (60 cm) a partir do íman de tal modo que as forças magnéticas sobre os líquidos são negligenciáveis ​​nesta posição.
      NOTA: Levar o tanque experimental contendo a estratificação apresenta algumas dificuldades; longa, baixa amplitude, ondas se movimentando criado por andar com the tanque irá decair distância, tendo efeito insignificante sobre a qualidade da interface alcançada quando flutuando na camada superior em.
   3. Ligar o motor, aumentando a taxa de rotação a 0.002 rad s ^-2, girando-se o fluido para a velocidade de rotação desejada. Para as taxas de rotação em ¹⁶ o tempo de spin-se era da ordem de 20 min - 60 min.
      NOTA: A velocidade de rotação mais rápida usada foi de 13,2 rad s ^-1.

3. Execução de Experiment

1. Certifique-se de que o íman está indicando uma intensidade de campo de 1,2 T, e em que a altura em que a instabilidade é iniciado o gradiente de campo é (Grad B ²⁾ / 2 = -14,3 T ^{2 m-1,} em que B é a indução magnética .
2. Assegure-se que a câmara de vídeo é disposto de tal modo que, quando o veio de accionamento está na sua posição mais baixa, quer a vista lateral da experiência está em foco, ou uma vista em planta está em foco através de um espelho placed acima do experimento.
3. Assegurar a iluminação ambiente é a um nível correcto, de tal modo que nenhuma da imagem capturada pela câmara é saturados, mas que a resposta total é usado (as intensidades escala de cinzentos na gama de 0-255).
4. Iniciar a gravação de vídeo (240 fps). Usar um controle remoto para evitar a movimentação da câmara durante a operação da função de gravação.
5. Remover o pino de retenção, permitindo que o tanque de descer, durante a rotação, para o campo magnético.

Experiência 4. Redefinir

1. Redefinir plataforma experimental
   1. Use o controle remoto para interromper a gravação do vídeo.
   2. Salve o arquivo de filme para o disco.
   3. Ao lado, diminuir a tensão para o motor de modo que retarda a uma paralisação. Execute isso gradualmente, de modo a evitar derrames.
   4. Remover arranjo experimental de ímã.
   5. Descarte as camadas líquido misturado de forma adequada (ver manganês Cloreto tetra MSDS).
   6. Enxaguar o tanque com água (istonão precisa de ser destilada), até que todos os vestígios de sais foram removidos por lavagem. Evitar o contato direto da pele com líquidos.
   7. Seca-se o tanque com cuidado com lenço de papel para assegurar que nenhum resíduo é deixado que podem contaminar as experiências subsequentes.

Processamento 5. Imagem

1. Extrair as imagens individuais de cada quadro do filme e salvar em lossless formato .png. Mascarar todas as áreas indesejadas de cada quadro, por exemplo, a plataforma ou cilindro de cobre.
2. Calcula-se a função de auto-correlação bidimensional ¹⁶ de cada quadro de imagem para 2 s após o início da instabilidade usando uma Transformada Rápida de Fourier discreta. Grave a mínima, média, e o valor máximo do comprimento de onda observado para a taxa de rotação da experiência e a viscosidade das camadas de fluido.

Representative Results

FIG. 4 mostra o desenvolvimento da instabilidade Rayleigh-Taylor na interface entre os dois fluidos, para quatro taxas diferentes de rotação: Ω = 1,89 rad ^s-1 (linha de cima), Ω = 3,32 rad s ^-1, Ω = 4,68 rad s ^{- 1,} e Ω = 8,74 rad s ^-1 (linha de fundo). A interface é mostrado em evolução no tempo de t = 0 s (coluna da esquerda) com incrementos de 0,5 s para t = 3,0 s (coluna da direita). Por conseguinte, a coluna da direita representa 0,90, 1,59, 2,23 e 4,17, respectivamente voltas completas de cima para linha de fundo.

No início dos tempos (T ~ 0,5-1,0 s) uma perturbação para a interface pode ser visto que apresenta uma escala de comprimento dominante. Estruturas reminiscente de rolos de convecção de cobra ¹⁷ podem ser observados. Apesar do centro do tanque se tornar instável em primeiro lugar não há clarainiciação no centro do tanque; a instabilidade, a uma boa aproximação, é iniciada através de toda a extensão do tanque. (Na velocidade de rotação mais elevado alguma reflexão a partir do equipamento de iluminação pode ser observado, isto é inevitável com a configuração implementado e ocorre devido à curvatura da superfície livre do líquido por cima da tampa do tanque.)

É evidente que com um aumento da velocidade de rotação, a instabilidade observada decresce na escala de comprimento. Nas velocidades de rotação mais baixas, os caminhos seguidos pelas estruturas distúrbio inicial ter desvio radial significativo, sinuoso para dentro na direcção do centro do tanque e de volta para fora para as paredes laterais novamente. Nas velocidades de rotação mais baixas é mais a instabilidade celular de serpentina. À medida que a velocidade de rotação é aumentada a perturbação celular inicial já não se observar e uma estrutura mais semelhante a serpentina aparece. Com a rotação aumento da taxa a largura destes estruturas diminui. Também pode ser observado que a quantidade de meandros radial diminui também. Pode ser visto que, para as velocidades de rotação mostrado, a instabilidade desenvolve radialmente em primeiro lugar com as perturbações azimutais tornando-se mais pronunciada à medida que o tempo evolui. Ao tempo t ≈ 3,0 s é difícil distinguir quais estruturas surgiu devido a uma radial ou perturbação azimutal.

A observação fundamental a partir das imagens é que a escala de comprimento observado das estruturas é menor para maiores taxas de rotação. Podemos também ver a força da técnica em que a instabilidade não se desenvolve a partir de uma folha de vórtice criado por uma fechadura de remoção.

FIG. 5 mostra imagens a partir de uma série de experiências, mantendo a velocidade de rotação fixo (Ω = 7,8 ± 0,1 rad s ^-1), mas variando a viscosidade do fluido. A razão entre a viscosidade de cada camada t comparadoo a viscosidade da água, μ / mW, varia de 1,00 (linha superior) para 20,50 (linha de fundo) e o tempo de cada imagem varia de t = 0 s (coluna da esquerda) para t = 1,5 s (coluna da direita). É evidente que à medida que a viscosidade das duas camadas é aumentada a escala observados aumentos de comprimento. No caso mais viscoso mostrado a escala de comprimento observada é de aproximadamente 18 mm em relação à escala de comprimento de 6 milímetros observada no caso menos viscoso. Também pode ser visto que, no caso mais viscoso, parece haver um efeito forte da parede. Observamos uma tendência geral de curto a instabilidade comprimento de onda longa como a viscosidade é aumentada.

As instabilidades observadas têm um comprimento de onda que muda lentamente com o tempo e que nós medimos experimentalmente por meio de uma auto-correlação de cada imagem no filme do experimento. A auto-correlação é calculado a partir de uma transformação rápida de Fourier discreta bidimensional transformada da intensidade da imagem. Luzregiões da imagem representam picos na instabilidade, e regiões escuras indicam calhas. Um máximo na auto-correlação é, portanto, uma medida do comprimento de onda de instabilidade que é de uma importância fundamental como a relação de dispersão para a instabilidade Rayleigh-Taylor mostra que a taxa de crescimento de um determinado modo de instabilidade depende do seu comprimento de onda. FIG. 6 mostra medições representativas do comprimento de onda observada de instabilidade para diferentes velocidades de rotação. Observa-se que à medida que a velocidade de rotação aumenta o comprimento de onda observada de instabilidade diminui para um limiar inferior de cerca de 6 milímetros para velocidades de rotação superiores a cerca de 4 ^s-1 rad.

Figura 1: efeito qualitativo de rotação sobre a instabilidade Rayleigh-Taylor. A imagem à esquerda é do i Rayleigh-Taylor instabilidade desenvolvimentond sistema não-rotativo. A instabilidade desenvolve no tempo, formando grandes vórtices que transportam os (verde) para baixo de fluido '' mais densas. A imagem do lado direito é o mesmo de fluidos, e, por conseguinte, a mesma gravitacional instabilidade / magnética, mas aqui o sistema está a rodar. O efeito da rotação pode ser visto para restringir o tamanho dos vórtices que se formam e inibir o transporte vertical de grandes quantidades de fluido. Os tempos mostrados são 1,92 s e 3,52 s após o início do lado esquerdo e lado direito respectivamente. O diâmetro do tanque é de 90 mm e a taxa de rotação na imagem da direita foi de 2,38 rad s ^-1. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Experimental set-up. A cylindrical tanque contém as duas camadas de líquido. Uma tampa de Lucite forma uma tampa sólida para as duas camadas. Fluid cima da tampa ajuda a remover reflexos e brilhos do Lucite. O reservatório cilíndrico é imersa em água destilada em um tanque exterior rectangular. Estes tanques estão colocados sobre uma plataforma e girou-se acima do íman em que as forças magnéticas são insignificantes. A plataforma é girada por um motor fora do centro rotação de um buraco da fechadura em forma slip-rolamento. Para iniciar o experimento, o pino é removido e o experimento desce sob o seu próprio peso para o campo magnético, simultaneamente em rotação. (Esta figura foi modificada a partir de ^16). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Flotação "barco". oBarco de flutuação é feita por colagem a quente de uma camada de esponja densa (amarelo) para a parte inferior das paredes de poliestireno (cinzento) para fazer um "barco". A camada superior fluida luz vai lentamente difusa através da esponja, que flutua no topo da camada inferior densa com mistura mínima entre as duas camadas. A estratificação pode ser ainda melhorado pela colocação de uma camada de papel de seda (azul) na parte superior da camada de esponja para difundir ainda mais a quantidade de movimento da camada de fluido a luz recebida. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Uma sequência de imagens de instabilidade do desenvolvimento a partir da segunda série de experiências que demonstram o efeito de aumentar a velocidade de rotação. As taxas de aumento de rotação de Ω = 1.89 rads ^-1 na linha superior para w = 8,74 rad s ^-1 na linha de fundo. Os tempos mostrados são medidos a partir do tempo que o início da instabilidade é observada. A barra de escala indica um comprimento de 10 cm, em passos de 1 cm. O diâmetro do círculo preto representa um comprimento de 10,7 cm. (Esta figura foi modificada a partir de ^16). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5: Uma sequência de imagens que mostram o efeito da variação da viscosidade do fluido na instabilidade. A velocidade de rotação foi fixada em Ω = 7,8 ± 0,1 rad ^s-1 para cada experiência, e o tempo é mostrado em intervalos de 1,5. A linha do meio mostra a instabilidade em um sistema que tem uma viscosidade de aproximadamente8,36 vezes maior que a da água. Na linha superior, a viscosidade do sistema é de aproximadamente 20.50 vezes a da água. Pode ser visto que o comprimento observado da escala de instabilidade aumenta com o aumento da viscosidade do fluido. A barra de escala indica um comprimento de 10 cm, em passos de 1 cm. O diâmetro dos círculos pretos representa um comprimento de 10,7 cm. (Esta figura foi modificada a partir de ^16). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6: O comprimento de onda dominante observado no início da instabilidade. Observa-se um limite inferior para a escala da instabilidade em cerca de 6 mm para todas as velocidades de rotação superiores a cerca de 4 ^s-1 rad. As barras de erro indicam máxima e mínima medidacomprimento de onda ao longo dos primeiros 2 segundos após o início da instabilidade. (Esta figura foi modificada a partir de ^16). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussion

Há dois passos críticos no âmbito do protocolo. O primeiro é 2.1.6.4. Se a camada de luz é lançada sobre a camada densa demasiado rapidamente, em seguida, a mistura irreversível das duas camadas de fluidos miscíveis ocorre. É essencial que este é evitado e que uma interface nítida (<2 mm) entre as duas camadas é conseguida. O segundo passo crítico é 3.1.5. Se o experimento é liberado para o ímã sem estar completamente girou-se em rotação corpo sólido ou sem o aparelho de captura de visualização e imagem na posição e em stand-by, em seguida, repita o procedimento (2.1.6).

A composição das fases líquidas, a intensidade do campo magnético e o desempenho do motor podem ser verificados antes de começar a fazer a estratificação (2.1.6). A maioria das dificuldades práticas podem, portanto, ser resolvido antes de iniciar qualquer experimento. Nós encontramos um pequeno e indesejável variação na velocidade de descida para o campo magnético no entanto. Tipicamente, r mais rápidoexperimentos otating descer ligeiramente mais lentamente para o campo magnético do que as experiências de rotação lenta. Pode ser necessário modificar o rolamento de deslizamento embora que encontramos a lubrificação não ajudar a reduzir a variabilidade da velocidade de descida. Verificou-se que a colocação de um pequeno peso (não magnético) na plataforma permitiu-nos para atingir velocidades de descida consistentes de 10 mm ± 1 mm ^s-1 para todos os experimentos.

A principal limitação do aparelho é que o campo magnético não pode ser aplicada instantaneamente; o magneto supercondutor requer 1-2 horas para energizar. Idealmente, uma vez que as camadas de fluido são fiadas-se que seria instantaneamente aplicar um campo magnético uniforme forte para o tanque para provocar a instabilidade. Por esta razão, nesta experiência, o tanque foi reduzido a uma velocidade uniforme para o campo magnético.

Apesar da necessidade de redução da experiência no campo magnético, esta técnica tem um número de vantagens sobre os estabelecidamétodos. O método é suave, ao contrário dos métodos de foguetes ^2, e não necessita de fechadura, como acontece com os métodos LEM ^3, mas ao contrário de métodos de libertação de fecho. Esta é uma vantagem significativa em rotação fluxo de Rayleigh-Taylor como o estado inicial fiado-se das camadas de fluido tem uma interface parabólico. Além disso, pela ausência de um cadeado as dificuldades associadas com a folha de vórtice Comunicados induzida por bloqueio de remoção são evitados. Acreditamos que as nossas experiências para ser a primeira realização experimental dos efeitos de rotação sobre a instabilidade Rayleigh-Taylor.

Nossa técnica tem sido desenvolvida com vista a aplicações em mecânica dos fluidos clássicas até agora. Temos usado líquidos fracamente paramagnéticos e diamagnéticos para manipular o peso eficaz de parcelas de fluido. Temos, até à data, sido capazes portanto de considerar o campo magnético e a mecânica de fluidos para ser desacoplado. direções futuras para a pesquisa usando esta técnica inclue considerando o comportamento de ferrofluidos e sua interação com o campo magnético na rotação Rayleigh-Taylor instabilidade set-up, onde esta dissociação não é mais válido.

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