Magnetisch Induced Rotating Rayleigh-Taylor instabiliteit

Abstract

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.

Introduction

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 optreden in niet-roterende systemen die worden versneld naar de zwaardere laag. Vanwege het fundamentele karakter van de instabiliteit wordt opgemerkt in heel veel stromen die ook sterk variëren in omvang: van kleinschalige dunne film verschijnselen ⁹ tot astrofysische schaal functies waargenomen in, bijvoorbeeld, de krab nevelef "> 10, waar de vinger-achtige structuren worden waargenomen, gecreëerd door pulsar wind wordt versneld door dichter supernovaresten. Het is een open vraag hoe de Rayleigh-Taylor instabiliteit kan worden gecontroleerd of beïnvloed zodra de eerste instabiele dichtheidsverschil is geweest gevestigd te interface. een mogelijkheid is om bulk rotatie van het systeem beoordelen. het doel van de experimenten om het effect van rotatie te onderzoeken op het systeem, en of dit kan een route naar stabilisatie.

We beschouwen een vloeistofsysteem dat uit twee lagen zwaartekracht onstabiele stratificatie onder constante rotatie om een ​​as evenwijdig aan de richting van de zwaartekracht. Een storing van een instabiele tweelaags dichtheidsstratificatie leidt tot barocliene generatie vorticiteit, dwz kantelen, aan het grensvlak neiging break-up verticale structuren. Er is echter een roterende vloeistof bekend om zichzelf te organiseren in samenhangende verticale structures uitgelijnd met de rotatieas, zogenaamde "Taylor kolommen ^11. Vandaar dat het systeem in onderzoek ondergaat concurrentie tussen de stabiliserende werking van de rotatie, dat is het organiseren van de stroom in verticale structuren en het voorkomen van de twee lagen kantelen, en de destabiliserende effect van de dichtere vloeistof bovenop de lichtere vloeistof die het kantelmoment beweging genereert op het grensvlak . Met verhoogde rotatiesnelheid van het vermogen van de vloeistoflagen radiaal bewegen, met tegengestelde zin aan elkaar, om zich te herschikken in een stabielere configuratie steeds geremd door de Taylor-Proudman stelling ^{12, 13:} de radiale beweging wordt verminderd en de waargenomen structuren die materialiseren als de instabiliteit ontwikkelt zijn kleiner in omvang. Fig. 1 toont kwalitatief het effect van de rotatie op de wervels die vorm als instabiliteit ontstaat. In debeeld linkerhand er geen rotatie en de stroom is een benadering van klassieke niet roterende Rayleigh-Taylor instabiliteit. beeld de rechterhand in alle experimentele parameters identiek beeld de linker uitgezonderd dat het systeem wordt geroteerd om een ​​verticale as uitgelijnd met het midden van de tank. Te zien is dat het effect van de rotatie om de grootte van de wervels die gevormd worden verminderen. Dit op zijn beurt resulteert in een instabiliteit die langzamer ontwikkelen dan de niet-roterende tegenhanger.

De magnetische effecten die de spanningstensor in het fluïdum te wijzigen kunnen worden geacht op te treden op dezelfde wijze als een gemodificeerde zwaartekrachtveld. We zijn dus in staat om een ​​zwaartekracht stabiele gelaagdheid maken en draaien het op in vast lichaam rotatie. Het magnetische orgaan krachten opgewekt door het opleggen van het gradiënt magnetisch veld nabootsen dan tot gevolg dat het gravitatieveld. Dit maakt de interface instabiele zodat het vloeistofsysteem behaves, een goede benadering als klassiek Rayleigh-Taylor instabiliteit onder rotatie. Deze benadering is eerder gepoogd tweedimensionaal zonder rotatie ^{14, 15.} Voor een aangelegd magnetisch gradiëntveld met geïnduceerde magneetveld, het lichaam kracht op een vloeistof van constant volume magnetische susceptibiliteit χ wordt gegeven door f = grad (χ B ² / μ _0), waarin B = | B | en μ ₀ = 4π x 10 ^-7 NA ^-2 is de magnetische permeabiliteit van vrije ruimte. We kunnen beschouwen daarvoor de magneet om de effectieve gewicht van elke vloeistoflaag, wanneer het werkelijke gewicht per volume-eenheid van een fluïdum dichtheid ρ in een gravitatieveld kracht G wordt gegeven door ρ g manipuleren - χ (∂ B ² / ∂ z ) / (2 μ _0).

Protocol

OPMERKING: De experimentele inrichting is schematisch weergegeven in Fig. 2. Het grootste deel van de inrichting bestaat uit een roterend platform (300 mm x 300 mm) aangebracht op een koperen cilinder (55 mm diameter) die onder zijn eigen gewicht daalt in het sterke magnetische veld van een supergeleidende magneet (1,8 T) met een kamer temperatuur verticale boring. Het platform is gemaakt om te draaien via een off-as motor die een slip-dragend met een sleutelgat opening draait. De koperen cilinder is een key-vormige aandrijfas die tegelijkertijd draait, en daalt zodra de holding-pin wordt verwijderd bevestigd.

1. Bereiding van niet-standaard apparatuur

1. Flotation boot
   1. Maken de grootte van het schip zodat het past comfortabel in de experimentele tank zonder het zijkanten.
      LET OP: De beursgang boot (zie afb. 3) bestaat uit polystyreen wanden en een spons basis.
   2. Bescherm de spons met een laag strong vloeipapier.
      Opmerking: Het doel van het tissuepapier is zoveel impuls verticale afvoeren van het fluïdum in de boot mogelijk gegoten.

2. Bereiding van Experiment

1. Bereiding van vloeistoflagen
   1. Laat gedestilleerd water naar maximaal laboratorium temperatuur (22 ± 2 ° C) komen. Ongeveer 650 ml nodig voor elke experimentele uitvoering.
      Opmerking: het mengsel equilibreren voorkomt de vorming van bellen in het experiment vanwege exsolving lucht.
   2. Scheid het gedestilleerde water in gelijke delen in twee afzonderlijke houders, A en B, die worden gebruikt om vloeibare respectievelijk bereiden op de dichte onderlaag en bovenlaag licht.
   3. Ex-situ bereiding van dichte onderlaag. Om de inhoud van de verpakking A:
      1. Voeg NaCl tot een concentratie van 0,43 mol NaCl per liter water bereikt (ongeveer 25 g NaCl per literwater nodig zal zijn);
      2. Voeg 0,33 g rood en blauw-water opsporen van kleurstoffen aan de onderste laag container (bijvoorbeeld, Cole-Parmer 00295-16 en -18);
      3. Voeg 0,1 g L ^-1 fluoresceïne natrium.
         OPMERKING: De onderlaag wordt nu plaatsvindt ondoorzichtige en een dichtheid van ongeveer 1012,9 ± 1,2 kg m ^-3.
   4. Ex-situ bereiding van licht bovenlaag. Om de inhoud van de verpakking B:
      1. Voeg _MnCl2 zout tot een concentratie van 0,06 mol bereiken _MnCl2 per liter water (ongeveer 12 g _MnCl2 per liter water).
         OPMERKING: De bovenlaag wordt transparant in verschijning en een dichtheid van ongeveer 998,2 ± 0,5 kg m ^-3.
   5. Om de viscositeit van de vloeistof lagen variëren, voeg glycerol C ₃ H ₈ O ₃ in gelijke hoeveelheden op elke laag totdat de gewenste viscositeit wordt bereikt. typische viscosities liggen in het bereik van 1,00 × 10 ^-3 - 21,00 x 10 ^-3 Pa s. De viscositeit van elke laag hetzelfde.
      NB: De mengsels kunnen veilig in hun aparte containers worden opgeslagen totdat nodig.
   6. Ex-situ bereiding van dichtheidsstratificatie.
      1. Voeg 300 ml van de inhoud van de verpakking het cilindrische binnentank (zie fig. 2).
      2. Dompel spons de beursgang boot in vloeistof uit container B.
         LET OP: Na (2.1.6.2) de procedure is het tijd gevoelig is, dus niet uitvoeren van alle verdere stappen totdat alle de magneet en de verlichting, opname en mechanische mechanismen klaar zijn.
      3. Til de flotatie boot uit de houder B, wanneer deze niet meer druipend plaats voorzichtig het drijvende boot bovenop de laag van dichte fluïdum in de binnenste cilindrische tank.
      4. Gaan branden lagen fluïdum uit reservoir B toevoegen flotatie boot bij een stroomsnelheid van3 ml / min. Verhoog geleidelijk de stroomsnelheid als flotatie scheepsliften verwijderd van het grensvlak tussen de twee lagen. Handhaaf een langzaam genoeg debiet dat de interface niet wordt verstoord door de verhoogde dynamiek van de fluïdumstroom, maar snel genoeg dat dit proces niet meer dan 20 min. Blijven vullen totdat de bovenste laag bevat 320 ml vloeistof.
         OPMERKING: De onderlaag wordt op een diepte van ongeveer 33 mm en de bovenlaag zullen een diepte van ongeveer 39 mm.
      5. Laat de tegenoverliggende Lucite deksel in de bovenste laag zodat de laag dieptes van elke laag gelijk. Laat vocht en lucht door de purgeergaten te stromen, zodat er geen lucht eronder zit gevangen. Let op een laag (ong. 6 mm) van heldere licht laagje vloeistof op de top van de Lucite deksel.
         Opmerking: Als het proces is voltooid er twee vloeistoflagen van gelijke diepte met een scherpe interface tussen hen. De dikte van de diffusielaag aan het grensvlak minder dan 2 m bedragenm in dit stadium.
   7. Vul het buitenste reservoir met schoon gedestilleerd water tot ongeveer 6 mm boven de Lucite deksel van de binnentank. Bij het observeren vierkante on er geen kromming geïnduceerde parallax ten gevolge van de inwendige cilindrische tank.
      Opmerking: omdat de vloeistof in elke laag continu diffusie over het grensvlak op dit punt, gaat direct naar de volgende stappen.
2. Spin-up van de gelaagdheid
   1. Plaats de experimentele tank op het platform.
   2. Plaats de afspraak met de koperen cilinder in de boring van de magneet, de aandrijfas door het sleutelgat opening in het spoor en de borgpen op zijn plaats. Zorgen dat de tank ver (60 cm) vanaf de magneet zodanig dat de magnetische krachten op de vloeistof verwaarloosbaar op deze positie.
      LET OP: Het dragen van de experimentele tank met de gelaagdheid geeft weinig problemen; lange, lage amplitude, ingesteld klotsende golven door het lopen met the tank weg verval heeft verwaarloosbare invloed op de kwaliteit van de interface bereikt wanneer de zwevende bovenste laag op.
   3. Zet de motor, waardoor de rotatiesnelheid van 0,002 rad s ^-2, spinnen-de vloeistof naar de gewenste rotatiesnelheid. Voor de rotatiesnelheden in ¹⁶ de opstarttijd dit bedroeg 20 min - 60 min.
      LET OP: De snelste rotatiesnelheid gebruikt was 13,2 rad ^s-1.

3. Uitvoering van Experiment

1. Controleer of de magneet aangeeft een veldsterkte van 1,2 T, en dat de hoogte waarop de instabiliteit leidde de veldgradiënt (grad B ²⁾ / 2 = -14,3 T ² m ^-1, waarbij B de magnetische inductie .
2. Controleer of de videocamera zodanig is ingericht dat wanneer de aandrijfas in de laagste stand ofwel het zijaanzicht van het experiment is in focus, of een bovenaanzicht is scherpgesteld door een spiegel placed boven het experiment.
3. Zorg ervoor dat de sfeerverlichting op de juiste niveaus, zodanig dat geen van de gevangen genomen door de camera afbeelding is verzadigd, maar dat de volledige respons wordt gebruikt (grijstinten intensiteiten in het bereik 0-255).
4. Begin video-opname (240 fps). Gebruik een afstandsbediening om te voorkomen dat het bewegen van de camera tijdens het gebruik van de opnamefunctie.
5. Verwijder de borgpen, zodat de tank af te dalen, tijdens het draaien, in het magnetische veld.

4. Reset Experiment

1. Reset experimentele rig
   1. Gebruik de afstandsbediening om de video-opname te stoppen.
   2. Sla het filmbestand op schijf.
   3. Hand, laat de spanning naar de motor zodat het vertraagt ​​tot stilstand. Voer deze geleidelijk om morsen te voorkomen.
   4. Verwijder experimentele regeling uit magneet.
   5. Gooi de gemengde vloeistof lagen op de juiste wijze (zie Mangaan Chloride tetrahydraat veiligheidsinformatieblad).
   6. Spoel de tank met water (hethoeft niet te distilleren), totdat alle sporen van zouten weggespoeld. Vermijd direct huidcontact met vloeistoffen.
   7. Droog de tank voorzichtig met papieren zakdoekje om ervoor te zorgen dat er geen residuen dat latere experimenten kan verontreinigen.

5. Beeldverwerking

1. Pak de afzonderlijke beelden van elke film frame en op te slaan in lossless .png formaat. Maskeren alle ongewenste delen van elk frame, bijvoorbeeld het platform of koperen cilinder.
2. Bereken de tweedimensionale autocorrelatiefunktie ¹⁶ van elk beeldframe 2 sec na aanvang van het gebruik van een discrete instabiliteit Fast Fourier Transform. Noteer de minimale, gemiddelde en maximale waarde van de waargenomen golflengte voor de draaiing van het experiment en de viscositeit van de vloeistof lagen.

Representative Results

Fig. 4 toont de ontwikkeling van de Rayleigh-Taylor instabiliteit bij het grensvlak tussen de twee vloeistoffen, vier verschillende rotatiesnelheden: Ω = 1,89 rad ^s-1 (bovenste rij), Ω = 3,32 rad ^s-1, Ω = 4,68 rad s ^{- 1,} en Ω = 8,74 rad ^s-1 (onderste rij). De interface wordt getoond evolueert in de tijd van t = 0 s (linkerkolom), in stappen van 0,5 s naar t = 3,0 s (rechterkolom). De rechter kolom geeft daarom 0,90, 1,59, 2,23 en 4,17 volledige omwentelingen respectievelijk van boven naar beneden rij.

Op vroege tijdstippen (t ~ 0,5-1,0 s) een storing van de interface kan worden gezien door een overheersende lengteschaal vertoont. Structuren die doet denken aan slangachtige convectie rollen ¹⁷ kan worden waargenomen. Ondanks het midden van de tank instabiel eerste is er geen duidelijkeopening in het midden van de tank; de instabiliteit, in goede benadering, geïnitieerd over de gehele omvang van de tank. (Bij de hoogste rotatiesnelheid enige reflectie van de verlichte tuig kan worden waargenomen, is onvermijdelijk bij de uitvoering en configuratie optreedt als gevolg van de kromming van het vrije oppervlak van de vloeistof boven het tankdeksel.)

Blijkt dat bij een toename van rotatiesnelheid, de waargenomen instabiliteit afneemt lengteschaal. Voor deze lagere rotatiesnelheden de paden gevolgd door de oorspronkelijke verstoring structuren aanzienlijke radiale deviatie weer slingerend in de richting van het midden van de tank en terug naar de zijwanden. Op het laagste rotatiesnelheden de instabiliteit is meer cellulaire dan serpentine. Als de rotatie wordt verhoogd de cellulaire initiële verstoring is niet meer waargenomen en een serpentine-achtige structuur verschijnt. Met de toenemende draaisnelheid van de breedte van deze structuurs afneemt. Ook kan worden opgemerkt dat de hoeveelheid radiale meanderende vermindert ook. Te zien is dat de rotatiesnelheden weergegeven, de instabiliteit ontwikkelt radiaal eerst met de azimutale verstoringen steeds duidelijker naarmate de tijd ontwikkelt. Tegen de tijd dat t ≈ 3,0 s is het moeilijk te onderscheiden welke structuren ontstaan als gevolg van een radiale of azimutale verstoring.

De belangrijkste observatie van de beelden is dat de waargenomen lengte omvang van de structuren die kleiner is voor een grotere rotatie tarieven. We kunnen ook de sterkte van de techniek dat de instabiliteit niet ontwikkelen vanuit een wervelvlak door een lock-verwijdering.

Fig. 5 toont beelden van een reeks experimenten waarbij de vaste rotatiesnelheid (Ω = 7,8 ± 0,1 rad ^s-1), maar het variëren van de viscositeit. De verhouding van de viscositeit van elke laag vergeleken to de viscositeit van water, μ / uW, varieert van 1,00 (bovenste rij) tot 20,50 (onderste rij) en de tijd van beelden verschillende van t = 0 s (linker kolom) met t = 1,5 s (rechterkant). Het is duidelijk dat de viscositeit van de twee lagen wordt verhoogd de waargenomen lengteschaal toeneemt. In de meest viskeuze weergegeven geval de waargenomen lengteschaal ca. 18 mm vergeleken met de 6 mm lengteschaal waargenomen in de minst viskeuze case. Ook kan worden gezien dat in de viskeuze geval blijkt een sterke muur effect. We nemen een algemene trend van kort tot lang golflengte instabiliteit viscositeit wordt verhoogd.

De waargenomen instabiliteit een golflengte die tijd en die we experimenteel gemeten via een auto-correlatie van elk beeld in de film van het experiment verandert langzaam. De autocorrelatie wordt berekend uit een tweedimensionale discrete Fast Fourier Transformatie van de beeldintensiteit. Lichtregio's van het beeld vertegenwoordigen pieken in de instabiliteit, en donkere gebieden aan te geven troggen. Een maximum in de autocorrelatie is daarom een ​​maat voor de golflengte instabiliteit die van belang als dispersierelatie de Rayleigh-Taylor instabiliteit blijkt dat de groei van een bepaalde vorm van instabiliteit is afhankelijk van de golflengte. Fig. 6 toont representatieve metingen van de waargenomen golflengte van instabiliteit variërende rotatiesnelheden. Wij merken op dat als de rotatiesnelheid de waargenomen golflengte van instabiliteit vergroot afneemt tot een lagere drempel van ongeveer 6 mm voor rotatie groter dan ongeveer 4 rad s ^-1.

Figuur 1: Kwalitatieve effect van de rotatie op de Rayleigh-Taylor instabiliteit. Het beeld aan de linkerkant is van de Rayleigh-Taylor instabiliteit ontwikkelen ina niet-draaisysteem. De instabiliteit ontwikkelt zich in de tijd, de vorming van grote wervels dat de 'dichter' (groen) vloeistof naar beneden te vervoeren. De afbeelding aan de rechterzijde van dezelfde vloeistof, en dus dezelfde zwaartekracht / magnetische instabiliteit, maar hier het systeem draait. Het effect van de rotatierichting gezien de omvang van de wervels die vorm beperkt en remmen de grootste verticale transport van fluïdum. De getoonde tijden zijn 1,92 s en 3,52 s na respectievelijk initiatie aan de linkerkant en rechts. De tank diameter van 90 mm, en de rotatiesnelheid imago van de rechterhand was 2,38 rad ^s-1. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Experimentele set-up. Een cylindrical tank bevat de twee vloeibare lagen. Een Lucite deksel een solide deksel voor de twee lagen. Vloeistof boven het deksel helpt om reflectie en schittering van de Lucite verwijderen. De cilindrische tank wordt ondergedompeld in gedestilleerd water in een rechthoekige buitenste tank. Deze tanks zijn op een platform geplaatst en gesponnen boven de magneet waar de magnetische krachten te verwaarlozen. Het platform wordt gesponnen door een off-center motor draaiende een sleutelgat vormige slip-lager. Om het experiment te beginnen, de pen verwijderd en het experiment daalt onder zijn eigen gewicht in het magnetisch veld, gelijktijdig draaien. (Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van ^16.) Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Flotation "Boat". Deflotatie boot door heet lijmen een dichte sponslaag (geel) aan de onderzijde van polystyreen wanden (grijs) een "boot" maken. Gelet bovenlaag fluïdum langzaam diffunderen door de spons, drijvend bovenop de dichte onderlaag met minimale vermenging tussen de twee lagen. De gelaagdheid kan verder worden verbeterd door een laag tissuepapier (blauw) bovenop de spons laag op de dynamiek van het invallende licht vloeistoflaag verder diffunderen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Een reeks van beelden van de ontwikkeling van de instabiliteit van de tweede reeks van experimenten die het effect van het verhogen van draaisnelheid. De tarieven van de rotatie stijging van Ω = 1,89 rads ^-1 in de bovenste rij te w = 8,74 rad ^s-1 in de onderste rij. De getoonde tijden worden gemeten vanaf het moment dat het begin van instabiliteit wordt waargenomen. De schaalbalk toont een lengte van 10 cm in stappen van 1 cm. De diameter van de zwarte cirkel geeft een lengte van 10,7 cm. (Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van ^16.) Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5: Een reeks van beelden die het effect van variërende viscositeit van de instabiliteit. De rotatiesnelheid werd vastgesteld op Ω = 7,8 ± 0,1 rad s ^-1 voor elk experiment en de weergegeven tijd met intervallen van 1,5. De middelste rij toont de instabiliteit in een systeem dat ongeveer viscositeit heeft8,36 maal die van water. In de bovenste rij de viscositeit van het systeem is ongeveer 20,50 maal die van water. Te zien is dat de waargenomen lengte van de schaal instabiliteit toeneemt met toenemende viscositeit van de vloeistof. De schaalbalk toont een lengte van 10 cm in stappen van 1 cm. De diameter van de zwarte cirkels vertegenwoordigt een lengte van 10,7 cm. (Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van ^16.) Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 6: De dominante golflengte waargenomen bij het begin van de instabiliteit. We nemen een lagere drempel voor de omvang van de instabiliteit bij ongeveer 6 mm voor rotatie groter dan ongeveer 4 rad s ^-1. De fout balken geven maximum en minimum gemetengolflengte over de eerste 2 s na aanvang van de instabiliteit. (Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van ^16.) Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussion

Er zijn twee belangrijke stappen in het protocol. De eerste is 2.1.6.4. Als het lampje laag is geïntroduceerd op de dichte laag te snel dan onomkeerbaar mengen van beide mengbare vloeistof lagen plaatsvindt. Het is essentieel dat dit wordt voorkomen en dat een scherpe (<2 mm) grensvlak tussen de twee lagen verkregen. De tweede belangrijke stap is 3.1.5. Als het experiment wordt losgelaten in de richting van de magneet, zonder volledig wordt gesponnen-up in vaste lichaam rotatie of zonder de visualisatie en beeld vast te leggen apparaten in stand en op stand-by herhaal de procedure (2.1.6).

De samenstelling van de vloeistof lagen, kan de magnetische veldsterkte en de motorische prestatie allemaal gecontroleerd vóór begin tot de stratificatie (2.1.6) te maken. De meeste praktische problemen kunnen daarom worden opgelost voordat u begint met een bepaald experiment. We hebben een kleine en ongewenste variatie in daalsnelheid gevonden in het veld magneet echter. Typisch, sneller rotating experimenten dalen iets meer langzaam in het magnetisch veld dan langzaam draaiende experimenten. Het kan nodig zijn om de slip lager te wijzigen hoewel we vonden smeren niet bijdragen tot het verminderen van de variabiliteit in daalsnelheid. We vonden dat het plaatsen van een kleine (niet magnetische) gewicht op het platform lieten consistente afdaling snelheid van 10 ± 1 mm s ^-1 bereiken voor alle experimenten.

De belangrijkste beperking van de inrichting is dat het magnetische veld niet direct kunnen worden toegepast; de supergeleidende magneet vereist 1-2 uur aan energie. Idealiter zodra de vloeistoflagen gesponnen-up we direct een sterk homogeen magnetisch veld toegepast op de tank naar de instabiliteit veroorzaken. Daarom, in dit experiment werd de tank neergelaten op uniforme snelheid in het magnetische veld.

Ondanks de noodzaak voor het verlagen van het experiment in het magnetisch veld, deze techniek heeft een aantal voordelen ten opzichte van gevestigdewerkwijzen. De werkwijze zowel soepel, in tegenstelling raketten werkwijzen ² en vereist geen slot, zoals bij LEM methoden ^3, maar in tegenstelling tot werkwijzen ontgrendelknop. Dit is een significant voordeel in roterende Rayleigh-Taylor flow het oorspronkelijke gesponnen-up state of the vloeistoflagen een paraboloïde interface. Bovendien, door het ontbreken van een slot de moeilijkheden in verband met de meegedeelde vortex plaat veroorzaakt door lock-verwijdering worden vermeden. Wij geloven dat onze experimenten om de eerste experimentele verwezenlijking van de effecten van de rotatie van de Rayleigh-Taylor instabiliteit.

Onze techniek ontwikkeld met het oog op toepassingen in de klassieke vloeistofdynamica tot nu toe. We hebben zwak paramagnetische en diamagnetische vloeistoffen gebruikt om het effectieve gewicht van de vloeistof percelen te manipuleren. We hebben tot nu toe in staat daarom overwegen het magnetische veld en de vloeistofmechanica worden ontkoppeld. Toekomstige richtingen voor onderzoek met behulp van deze techniek include gelet op het gedrag van ferrovloeistof en hun interactie met het magneetveld in de rotatierichting Rayleigh-Taylor instabiliteit opstelling, waarbij deze ontkoppeling is niet meer geldig.

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