Indotta magneticamente rotante di Rayleigh-Taylor instabilità

Abstract

Tecniche classiche per investigare l'instabilità di Rayleigh-Taylor includono l'utilizzo di gas compressi ^1, rocketry ² o motori elettrici lineari ³ per invertire la direzione d'azione della gravità, e accelerare il fluido più leggero verso il fluido più denso. Altri autori ^{ad esempio, 4, 5, 6} sono separate una stratificazione gravitazionalmente instabile con una barriera che viene rimosso per avviare il flusso. Tuttavia, l'interfaccia iniziale parabolica nel caso di una stratificazione rotante impone notevoli difficoltà tecniche sperimentalmente. Vogliamo essere in grado di spin-up la stratificazione in rotazione solid-body e solo allora avviare il flusso al fine di indagare gli effetti della rotazione su l'instabilità di Rayleigh-Taylor. L'approccio che abbiamo adottato è quello di utilizzare il campo magneticoun magnete superconduttore per manipolare il peso effettivo dei due liquidi di avviare il flusso. Creiamo un gravitazionalmente stabile stratificazione a due strati con tecniche di flottazione standard. Lo strato superiore è meno denso del livello inferiore e quindi il sistema è Rayleigh-Taylor stabile. Questa stratificazione viene poi filata-entro due strati sono in rotazione corpo solido e si osserva una interfaccia parabolica. Questi esperimenti utilizzano fluidi a bassa suscettibilità magnetica, | χ | ~ 10 ^-6 - 10 ^-5, rispetto ad un ferrofluidi. L'effetto dominante del campo magnetico applicato un corpo-forza per ogni strato cambiando il peso effettivo. Lo strato superiore è debolmente paramagnetico mentre lo strato inferiore è debolmente diamagnetico. Quando il campo magnetico viene applicato, lo strato inferiore viene respinto dal magnete mentre lo strato superiore viene attratto verso il magnete. Una instabilità Rayleigh-Taylor è ottenuta con l'applicazione di un campo magnetico elevato gradiente. Abbiamo osservato, inoltre, che increasing la viscosità dinamica del fluido in ciascuno strato, aumenta la lunghezza scala dell'instabilità.

Introduction

Un sistema fluido densità stratificato costituito da due strati può essere organizzato in un campo gravitazionale sia in una stabile o una configurazione instabile. Se lo strato pesante denso base della meno densa, strato chiaro allora il sistema è stabile: perturbazioni all'interfaccia sono stabili, restaurata per gravità, e le onde può essere supportato sull'interfaccia. Se lo strato pesante sovrappone alla leggero strato allora il sistema è instabile e perturbazioni al crescere interfaccia. Questa instabilità fluido fondamentale è l'instabilità di Rayleigh-Taylor ^{7, 8.} Esattamente la stessa instabilità può osservare in sistemi non rotanti che sono accelerati verso lo strato più pesante. A causa della natura fondamentale dell'instabilità si osserva in molti flussi che variano notevolmente in scala: da artigianale film sottile fenomeni ⁹ a funzioni di scala astrofisici osservate in, per esempio, la nebulosa crabef "> 10, in cui si osservano strutture simili a dita, creato da venti pulsar essere accelerato attraverso più dense resti di supernova. Si tratta di una questione aperta di come l'instabilità di Rayleigh-Taylor può essere controllato o influenzato una volta la differenza iniziale di densità instabile è stata stabilito a un'interfaccia. una possibilità è quella di considerare la rotazione grosso del sistema. lo scopo degli esperimenti è di investigare l'effetto della rotazione del sistema, e se questo può essere un percorso di stabilizzazione.

Consideriamo un sistema fluido che consiste di due strati stratificazione gravitazionalmente instabile che è soggetto a rotazione costante attorno ad un asse parallelo alla direzione della gravità. Una perturbazione a un instabile stratificazione di densità a due strati porta alla generazione baroclinic di vorticità, cioè, rovesciando, all'interfaccia, tendente a rottura, eventuali strutture verticali. Tuttavia, un fluido rotante si caratterizza per organizzarsi in coerente st verticaleructures allineati con l'asse di rotazione, i cosiddetti 'Taylor colonne' ^11. Quindi il sistema in esame subisce concorrenza tra l'effetto stabilizzante della rotazione, che organizza il flusso in strutture verticali e prevenire i due strati rovesciamento, e l'effetto destabilizzante del fluido più denso sovrastante il fluido più leggero che genera un movimento di ribaltamento all'interfaccia . Con l'aumento della velocità di rotazione della capacità degli strati fluidi di muoversi radialmente, con senso opposto tra loro, al fine di riorganizzare stessi in una configurazione più stabile, è sempre più inibita dal teorema Taylor-Proudman ^{12, 13:} il movimento radiale è ridotto e le strutture osservate che si materializzano come l'instabilità si sviluppa sono più piccoli in scala. Figura. 1 mostra qualitativamente l'effetto della rotazione sui vortici che si formano come l'instabilità sviluppa. Nelimmagine sinistra vi è alcuna rotazione e il flusso è un'approssimazione classica instabilità antirotazione Rayleigh-Taylor. Nell'immagine mano destra tutti i parametri sperimentali sono identici all'immagine sinistra tranne che il sistema viene ruotato attorno ad un asse verticale allineato con il centro della vasca. Si può notare che l'effetto della rotazione è di ridurre la dimensione dei vortici che si formano. Questo, a sua volta, si traduce in una instabilità che si sviluppa più lentamente rispetto alla controparte non rotante.

Gli effetti magnetici che modificano il tensore nel fluido possono essere considerati agisce nello stesso modo di un campo gravitazionale modificato. Siamo quindi in grado di creare una stratificazione gravitazionalmente stabile e spin fino in rotazione corpo solido. Le forze corpo magnetici generati imponendo il gradiente di campo magnetico poi mimare l'effetto di modificare il campo gravitazionale. Questo rende l'interfaccia instabile tale che il fluido di sistema behaVes, con buona approssimazione, come classica instabilità Rayleigh-Taylor in rotazione. Questo approccio è stato tentato in precedenza in due dimensioni senza rotazione ^{14, 15.} Per un gradiente di campo magnetico applicato con indotta campo magnetico B, la forza del corpo applicata ad un fluido di magnetico costante χ volume di sensibilità è data da f = grad (χ B ² / μ _0), dove B = | B | e μ ₀ = 4π × 10 ^-7 NA ^-2 è la permeabilità magnetica di spazio libero. Possiamo quindi considerare il magnete di manipolare il peso effettivo di ogni strato di fluido, in cui il peso effettivo per unità di volume di un fluido di ρ densità in un campo gravitazionale di forza g è data da ρ g - χ (∂ B ² / ∂ z ) / (2 μ _0).

Protocol

NOTA: L'apparato sperimentale è mostrato schematicamente in Fig. 2. La parte principale del dispositivo consiste di una piattaforma girevole (300 mm x 300 mm) montato su un cilindro di rame (diametro 55 mm) che scende sotto il proprio peso nel forte campo magnetico di un magnete superconduttore (1,8 T) con una camera temperatura foro verticale. La piattaforma viene fatto ruotare mediante un motore fuori asse che trasforma un slip-cuscinetto con un orifizio serratura. Il cilindro di rame è attaccata ad un albero motore a forma di chiave che ruota simultaneamente, e scende volta l'azienda pin viene rimosso.

1. Preparazione di non equipaggiamento standard

1. barca flottazione
   1. Effettuare la dimensione della barca tale che si adatta comodamente all'interno del serbatoio sperimentale senza toccare i lati.
      NOTA: La barca flottazione (vedere Fig. 3) è costituito da pareti di polistirolo e una base spugna.
   2. Proteggere la spugna con uno strato di stcarta velina rong.
      NOTA: Lo scopo della carta velina è di dissipare slancio tanto verticale dal fluido versato in barca possibile.

2. Preparazione di Experiment

1. Preparazione di strati liquidi
   1. Lasciare acqua distillata a venire a temperatura di laboratorio (22 ± 2 ° C). Circa 650 mL è richiesto per ogni realizzazione sperimentale.
      NOTA: Consentire la miscela equilibrare impedisce la formazione di bolle nell'esperimento causa exsolving aria.
   2. Separare l'acqua distillata in volumi uguali in due contenitori separati, A e B, che saranno utilizzati per preparare liquido per lo strato inferiore denso e strato superiore della luce rispettivamente.
   3. Preparazione ex-situ di denso strato inferiore. Per i contenuti del contenitore A:
      1. Aggiungere NaCl per ottenere una concentrazione di 0,43 mol NaCl per litro di acqua (circa 25 g di NaCl per litro disarà richiesto di acqua);
      2. Aggiungere coloranti 0,33 g rossi e blu-tracing acqua al contenitore strato inferiore (ad esempio, Cole-Parmer 00.295-16 e -18);
      3. Aggiungere 0,1 g L ^-1 di sodio fluoresceina.
         NOTA: Lo strato inferiore sarà ora opachi e hanno una densità di circa 1012,9 ± 1,2 kg m ^-3.
   4. Preparazione ex-situ di strato superiore della luce. Per i contenuti del contenitore B:
      1. Aggiungere MnCl ₂ sale per ottenere una concentrazione di 0,06 mol MnCl ₂ per litro di acqua (circa 12 g di MnCl ₂ per litro di acqua).
         NOTA: Lo strato superiore sarà trasparente in aspetto e hanno una densità di circa 998,2 ± 0,5 kg m ^-3.
   5. Per variare la viscosità degli strati fluidi, aggiungere glicerolo C ₃ H ₈ O ₃ in quantità pari a ogni strato fino alla viscosità desiderata è raggiunta. viscositie tipicas si trovano nel range 1,00 × 10 ^-3 - 21,00 × 10 ^-3 Pa s. La viscosità di ogni strato è la stessa.
      NOTA: Le miscele possono essere conservati in modo sicuro nei loro contenitori separati fino al momento.
   6. Preparazione ex-situ della stratificazione densità.
      1. Aggiungere 300 mL del contenuto del contenitore Una al recipiente interno cilindrico (vedi Fig. 2).
      2. Immergere la spugna della barca di galleggiamento nel liquido dal contenitore B.
         NOTA: Dopo (2.1.6.2) la procedura è sensibile al tempo, in modo da non eseguire eventuali ulteriori passi finché tutto il magnete e l'illuminazione, registrazione e meccanismi meccanici sono pronti.
      3. Sollevare la barca flottazione dal contenitore B e, quando ha smesso gocciolante, accuratamente posizionare la barca flottazione sopra dello strato di liquido denso nel serbatoio cilindrico interno.
      4. Iniziare aggiungere fluido leggero strato dal contenitore B alla barca flottazione con un flusso di3 mL / min. Aumentare gradualmente tale portata come la barca flottazione solleva dalla interfaccia tra i due strati. Mantenere una velocità abbastanza lento flusso che l'interfaccia non è disturbato dalla maggiore quantità di moto del flusso di fluido, ma abbastanza veloce che questo processo non richiede più di 20 min. Mantenere il riempimento finché lo strato superiore contiene 320 ml di liquido.
         NOTA: Lo strato inferiore sarà ad una profondità di circa 33 mm, e lo strato superiore sarà ad una profondità di circa 39 mm.
      5. con cura il coperchio lucite nello strato superiore in modo che la profondità di strato di ciascuno strato sono uguali. Consenti fluido e l'aria di fluire attraverso i fori di sfiato, assicurando che l'aria è intrappolato sotto. Osservare uno strato (circa. 6 mm) di liquido chiaro leggero strato sulla parte superiore del coperchio lucite.
         NOTA: Se il processo ha avuto successo ci saranno due strati di liquido di parità di profondità, con una forte interfaccia tra di loro. Lo spessore dello strato di diffusione all'interfaccia sarà inferiore a 2 mm in questa fase.
   7. Riempire il serbatoio esterno con acqua distillata chiaro a un'altezza di 6 mm sopra il coperchio lucite del serbatoio interno. Osservando square-on non ci sarà parallasse curvatura indotta risultante dal serbatoio cilindrico interno.
      NOTA: Dal momento che i liquidi in ogni strato sono continuamente diffondendo attraverso l'interfaccia a questo punto, procedere immediatamente la seguente procedura.
2. Spin-up della stratificazione
   1. Posizionare il serbatoio sperimentale sulla piattaforma.
   2. Posizionare la disposizione con il cilindro di rame nel foro del magnete, l'albero di trasmissione attraverso l'orifizio serratura in pista e il perno di tenuta in posizione. Assicurarsi che il serbatoio è lontano (60 cm) dal magnete tale che le forze magnetiche sui liquidi sono trascurabili in questa posizione.
      NOTA: Portare il serbatoio sperimentale contenente la stratificazione presenta poche difficoltà; lunga, bassa ampiezza, onde sloshing istituiti camminando con °e serbatoio decadrà distanza, con effetto trascurabile sulla qualità dell'interfaccia ottenuto quando galleggiante strato superiore sul.
   3. Accendere il motore, aumentando la velocità di rotazione a 0.002 rad s ^-2, filatura-up il fluido alla velocità di rotazione desiderata. Per i tassi di rotazione in ¹⁶ il tempo di spin-up è stato dell'ordine di 20 min - 60 min.
      NOTA: La velocità di rotazione più veloce utilizzato è stato del 13,2 rad s ^-1.

3. Esecuzione di Experiment

1. Assicurarsi che il magnete indica un'intensità di campo di 1,2 T, e che alla altezza alla quale viene iniziata l'instabilità del gradiente di campo è (grad B ²⁾ / 2 = -14.3 T ² m ^-1, dove B è l'induzione magnetica .
2. Assicurarsi che la videocamera è disposto in modo che quando l'albero motore è nella sua posizione più bassa sia la vista laterale dell'esperimento è a fuoco, e una vista in pianta è a fuoco attraverso un pl specchioaced sopra l'esperimento.
3. Assicurarsi che la luce nell'ambiente è al giusto livello, in modo tale che nessuno dei immagine catturata dalla telecamera è saturo, ma che la risposta completa è usato (intensità in scala di grigi nel range 0-255).
4. Iniziare la registrazione video (240 fps). Utilizzare un telecomando per evitare che muovere la fotocamera durante l'utilizzo la funzione di registrazione.
5. Rimuovere il perno di tenuta, consentendo il serbatoio di scendere, durante la rotazione, nel campo magnetico.

4. Ripristino Experiment

1. Ripristina rig sperimentale
   1. Utilizzare il telecomando per fermare la registrazione video.
   2. Salvare il file del filmato su disco.
   3. A mano, abbassare la tensione al motore in modo che esso rallenta fino all'arresto. Eseguire questa gradualmente in modo da evitare fuoriuscite.
   4. Rimuovere dispositivo sperimentale dal magnete.
   5. Smaltire gli strati liquidi misti in modo appropriato (vedi Manganese cloruro Tetraidrato SDS).
   6. Sciacquare il serbatoio con acqua (ènon deve essere distillata), fino a quando tutte le tracce di sali sono stati lavati via. Evitare il contatto diretto della pelle con i liquidi.
   7. Asciugare il serbatoio accuratamente con carta velina per garantire che nessun residuo è lasciato che possono contaminare gli esperimenti successivi.

Processing 5. Immagine

1. Estrarre le singole immagini da ogni fotogramma di film e salvare in formato lossless .png. Maschera eventuali aree indesiderate di ogni frame, ad esempio la piattaforma o cilindro di rame.
2. Calcolare la funzione di auto-correlazione bidimensionale ¹⁶ di ogni fotogramma immagine per 2 s dopo l'inizio della instabilità con una Fast Fourier Transform discreta. Registrare il minimo, media e valore massimo della lunghezza d'onda osservata per la velocità di rotazione dell'esperimento e la viscosità degli strati di fluido.

Representative Results

Figura. 4 mostra lo sviluppo dell'instabilità Rayleigh-Taylor all'interfaccia tra i due fluidi, per quattro differenti tassi di rotazione: Ω = 1.89 rad s ^-1 (riga superiore), Ω = 3.32 rad s ^-1, Ω = 4,68 rad s ^{- 1,} e Ω = 8,74 rad s ^-1 (riga in basso). L'interfaccia è mostrata in evoluzione nel tempo da t = 0 s (colonna di sinistra), con incrementi di 0,5 s a t = 3,0 s (colonna di destra). La colonna di destra rappresenta quindi 0.90, 1.59, 2.23, 4.17 e giri completi rispettivamente da cima a riga in basso.

A volte precoci (t ~ 0.5-1.0 s) una perturbazione all'interfaccia può essere visto che presenta una scala di lunghezza dominante. Si possono osservare le strutture che ricordano di rotoli di convezione serpente-come ^17. Nonostante il centro della vasca diventare instabile prima vi è una chiaraapertura al centro della vasca; l'instabilità, con buona approssimazione, viene avviata attraverso l'intera estensione del serbatoio. (Alla velocità di rotazione più alta può essere osservato qualche riflessione dal impianto di illuminazione, questo è inevitabile con la configurazione implementata e si verifica a causa della curvatura della superficie libera del liquido sopra il coperchio del serbatoio.)

È evidente che con un aumento della velocità di rotazione, l'instabilità osservata diminuisce in scala di lunghezza. Alle velocità di rotazione inferiori i percorsi seguiti dalle strutture di disturbo iniziali hanno una significativa deviazione radiale, serpeggiante in verso il centro della vasca e indietro alle pareti laterali di nuovo. Alle velocità di rotazione più bassi l'instabilità è più cellulari di serpentina. Poiché il tasso di rotazione viene aumentata la perturbazione iniziale cellulari non si osserva più e appare una serpentina struttura più. Aumentando la rotazione valutare la larghezza di queste struttures diminuisce. Si può anche osservare che la quantità di meandri radiale diminuisce troppo. Si può notare che, per le tariffe rotazione indicata, l'instabilità sviluppa radialmente prima con le perturbazioni azimutali diventando più marcata tempo evolve. Con il tempo t ≈ 3,0 s è difficile distinguere quali strutture sono sorti a causa di un radiali o perturbazione azimutale.

L'osservazione chiave dalle immagini è che la scala di lunghezza osservato delle strutture è più piccolo per una maggiore velocità di rotazione. Possiamo anche vedere la forza della tecnica in cui l'instabilità non si sviluppa da un foglio vortice creato da una serratura di rimozione.

Figura. 5 mostra immagini da una serie di esperimenti mantenendo la velocità di rotazione fisso (Ω = 7.8 ± 0.1 rad s ^-1), ma variando la viscosità del fluido. Il rapporto tra la viscosità di ogni strato rispetto to la viscosità dell'acqua, μ /? W, varia da 1,00 (riga in alto) a 20.50 (fila in basso) e il tempo di ciascuna immagine varia da t = 0 s (colonna di sinistra) a t = 1,5 s (colonna destra). È evidente che quando la viscosità dei due strati aumenta le osservati aumenti scala di lunghezza. Nel caso più viscoso mostrato la scala di lunghezza osservato è circa 18 mm rispetto alla scala di lunghezza 6 millimetri osservato nel caso almeno viscoso. Si può anche notare che nel caso più viscoso sembra esserci un forte effetto muro. Si osserva una tendenza generale da corto a lungo instabilità sintonia con la viscosità è aumentata.

Le instabilità osservati hanno una lunghezza d'onda che cambia lentamente nel tempo e che si misura sperimentalmente tramite un autocorrelazione di ogni immagine nel film dell'esperimento. L'auto-correlazione è calcolata da bidimensionale Fast Fourier Transform discreta dell'intensità dell'immagine. Leggeroregioni dell'immagine rappresentano picchi nella instabilità e regioni scure indicano depressioni. Un massimo nel autocorrelazione è quindi una misura della lunghezza d'onda instabilità che è di fondamentale importanza in quanto la relazione di dispersione per l'instabilità di Rayleigh-Taylor mostra che il tasso di crescita di una data modalità di instabilità dipende dalla sua lunghezza d'onda. Figura. 6 mostra misurazioni rappresentative della lunghezza d'onda osservata di instabilità per diversi tassi di rotazione. Osserviamo che la velocità di rotazione aumenta la lunghezza d'onda osservata di instabilità diminuisce a una soglia inferiore di circa 6mm per velocità di rotazione superiori a circa 4 rad s ^-1.

Figura 1: effetto qualitativa di rotazione sulla instabilità Rayleigh-Taylor. L'immagine sul lato sinistro è di i Rayleigh-Taylor instabilità sviluppona sistema non rotante. L'instabilità sviluppa nel tempo, formando grandi vortici che trasportano i (verde) verso il basso fluidi densi ''. L'immagine sulla destra è degli stessi fluidi, e quindi la stessa instabilità gravitazionale / magnetiche, ma qui il sistema è in rotazione. L'effetto della rotazione può essere visto per limitare le dimensioni dei vortici che si formano e inibire il trasporto verticale massa di liquido. Gli orari sono 1,92 s e 3,52 s dopo l'inizio sul lato sinistro e lato destro, rispettivamente. Il diametro del serbatoio è di 90 mm e la velocità di rotazione dell'immagine mano destra era 2,38 rad s ^-1. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Set-up sperimentale. A cySerbatoio lindrical contiene i due strati liquidi. Un coperchio Lucite forma un solido coperchio per i due strati. Fluido sopra il coperchio aiuta a rimuovere i riflessi dalla Lucite. Il serbatoio cilindrico viene immerso in acqua distillata in un serbatoio esterno rettangolare. Questi serbatoi sono posti su una piattaforma e spun-up sopra il magnete in cui le forze magnetiche sono trascurabili. La piattaforma è filata da un motore fuori centro rotante a forma di buco della serratura slip-cuscinetto. Per iniziare l'esperimento, il perno viene rimosso e l'esperimento scende sotto il proprio peso nel campo magnetico, ruotando contemporaneamente. (Questa cifra è stata modificata da ^16.) Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3: flottazione "barca". Ilbarca flottazione fatta dal caldo incollaggio di uno strato di spugna densa (giallo) alla parte inferiore delle pareti di polistirene (grigio) per effettuare una "barca". Il fluido strato superiore luce lentamente diffondere attraverso la spugna, galleggia sulla parte superiore dello strato inferiore denso con un minimo di miscelazione tra i due strati. La stratificazione può essere ulteriormente migliorata posizionando uno strato di carta velina (blu) sulla parte superiore dello strato di spugna per diffondere ulteriormente la dinamica dello strato fluido di luce in entrata. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Una sequenza di immagini dell'instabilità sviluppo della seconda serie di esperimenti che dimostrano l'effetto di aumentare la velocità di rotazione. I tassi di crescita di rotazione da Ω = 1.89 rads ^-1 nella riga superiore di Ohm = 8,74 rad s ^-1 nella fila in basso. I tempi riportati sono rilevati dal momento in cui si osserva la comparsa di instabilità. La barra scala mostra una lunghezza di 10 cm a passi di 1 cm. Il diametro del cerchio nero rappresenta una lunghezza di 10,7 cm. (Questa cifra è stata modificata da ^16.) Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Una sequenza di immagini che mostrano l'effetto della variazione della viscosità del fluido sulla instabilità. La velocità di rotazione è fissato a Ω = 7,8 ± 0,1 rad s ^-1 per ogni esperimento, e il tempo indicato è ad intervalli di 1,5. La riga centrale mostra l'instabilità in un sistema che ha una viscosità di circa8.36 volte quella dell'acqua. Nella riga superiore della viscosità del sistema è di circa 20,50 volte quella dell'acqua. Si può notare che la lunghezza osservata della scala instabilità aumenta con l'aumento di viscosità del fluido. La barra scala mostra una lunghezza di 10 cm a passi di 1 cm. Il diametro dei cerchi neri rappresenta una lunghezza di 10,7 cm. (Questa cifra è stata modificata da ^16.) Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 6: La lunghezza d'onda osservata dominante l'insorgenza di instabilità. Si osserva una soglia inferiore per la scala dell'instabilità di circa 6 mm per tutti i regimi di rotazione superiori a circa 4 rad s ^-1. Le barre di errore indicano massima e minima misuratalunghezza d'onda nei primi 2 s dopo l'inizio della instabilità. (Questa cifra è stata modificata da ^16.) Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Discussion

Ci sono due fasi critiche all'interno del protocollo. Il primo è 2.1.6.4. Se il livello di luce è flottato sullo strato denso troppo rapidamente poi miscelazione irreversibile dei due strati fluidi miscibili avviene. È essenziale che questo sia evitata e che si ottiene un netto (<2 mm) interfaccia tra i due strati. Il secondo passo fondamentale è 3.1.5. Se l'esperimento viene rilasciato verso il magnete senza essere pienamente spun-up in rotazione corpo solido o senza l'apparato di cattura e visualizzazione di immagini in posizione e in stand-by e ripetere la procedura (2.1.6).

La composizione degli strati liquidi, l'intensità del campo magnetico e le prestazioni del motore possono tutti essere verificata prima di iniziare a fare la stratificazione (2.1.6). La maggior parte delle difficoltà pratiche possono quindi essere risolti prima di iniziare qualsiasi dato esperimento. Abbiamo trovato un piccolo e indesiderabile variazione di velocità di discesa nel campo magnetico però. Tipicamente, r veloceesperimenti otating scendono un po 'più lentamente nel campo magnetico di esperimenti che ruotano lentamente. Potrebbe essere necessario modificare il cuscinetto antiscivolo anche se abbiamo trovato ingrassaggio non ha aiutato a ridurre la variabilità nella velocità di discesa. Abbiamo trovato che posizionando un piccolo peso (non magnetico) sulla piattaforma consentito di raggiungere velocità di discesa consistenti di 10 ± 1 mm s ^-1 per tutti gli esperimenti.

La limitazione principale dell'apparecchiatura è che il campo magnetico non può essere applicato istantaneamente; il magnete superconduttore richiede 1-2 ore per eccitare. Idealmente, una volta che gli strati fluidi vengono filate-up avremmo applicare immediatamente un forte campo magnetico uniforme al serbatoio per innescare l'instabilità. Per questo motivo, in questo esperimento, il serbatoio è stata abbassata a velocità uniforme nel campo magnetico.

Malgrado la necessità di abbassare l'esperimento nel campo magnetico, questa tecnica presenta una serie di vantaggi rispetto stabilitametodi. Il metodo è liscia, a differenza dei metodi rocketry ^2, e non richiede alcun blocco, come con metodi LEM ^3, ma a differenza di metodi lock-rilascio. Questo è un vantaggio significativo nella rotazione del flusso di Rayleigh-Taylor come stato iniziale spun-up degli strati fluidi ha un'interfaccia parabolica. Inoltre, non avendo una serratura vengono evitate le difficoltà connesse con il foglio vortex impartita indotta dal blocco rimozione. Crediamo che i nostri esperimenti di essere la prima realizzazione sperimentale degli effetti della rotazione sul instabilità Rayleigh-Taylor.

La nostra tecnica è stata sviluppata al fine di applicazioni in fluidodinamica classica finora. Abbiamo usato liquidi debolmente paramagnetici e diamagnetici di manipolare il peso effettivo di pacchi fluidi. Abbiamo, ad oggi, stato in grado quindi di prendere in considerazione il campo magnetico e la meccanica dei fluidi da disaccoppiato. direzioni future della ricerca con questa tecnica include considerando il comportamento della ferrofluidi e la loro interazione con il campo magnetico rotante Rayleigh-Taylor instabilità set-up, dove tale disaccoppiamento non è più valida.

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