Осреднённые течения, возбуждаемые инерционными модами в либрирующем цилиндре

Станислав Валерьевич Субботин (Stanislav V. Subbotin), Анастасия Сергеевна Кропачева (Anastasia S. Kropacheva)

Аннотация


Работа посвящена экспериментальному исследованию осредненных потоков, возбуждаемых осциллирующим движением жидкости в неравномерно вращающейся (либрирующей) цилиндрической полости. Либрации приводят к распространению инерционных волн, которые рождаются вблизи мест соединения боковой и торцевой стенок полости. В результате многократного отражения от стенок полости инерционные волны испытывают пространственный резонанс, возбуждая так называемые инерционные моды. Последние представляют собой систему вихрей, направление вращения жидкости в которых меняется в течение периода либраций. Обнаружено, что при осциллирующем движении в объёме полости возникает интенсивное осредненное течение в пограничном слое Стокса на боковой поверхности цилиндра. Структура течения имеет вид системы осредненных тороидальных вихрей, расположенных вдоль всей боковой границы полости. Количество вихрей определяется осевым волновым числом возбуждаемой моды и не зависит от радиального волнового числа. Показано, что интенсивность осредненного движения жидкости в вихрях пропорциональна квадрату амплитуды либраций и сильно зависит от номера моды.


Ключевые слова


инерционные волны; инерционные моды; осредненные течения; вращение; либрации

Полный текст:

PDF

Литература


Greenspan H. P. The Theory of Rotating Fluids. Cambridge: University Press, 1968, 328 p.

Messio L., Morize C., Rabaud M., Moisy F. Experimental observation using particle image velocimetry of inertial waves in a rotating fluid. Experiments in Fluids, 2008, vol. 44, pp. 519–528. DOI: 10.1007/s00348-007-0410-3.

Boisson J., Lamriben C., Maas L. R. M., Cortet P., Moisy F. Inertial waves and modes excited by the libration of a rotating cube. Physics of Fluids, 2012, vol. 24, 076602. DOI: 10.1063/1.4731802.

Margot J. L., Peale S. J., Jurgens R. F., Slade M. A., Holin I. V. Large longitude libration of Mercury reveals a molten core. Science, 2007, vol. 316, pp. 710–714. DOI: 10.1126/science.1140514.

Sauret A., Cébron D., Le Bars M., Le Dizès S. Fluid flows in a librating cylinder. Physics of Fluids, 2012, vol. 24, 026603. DOI: 10.1063/1.3680874.

Borcia I. D., Abouzar G. V., Harlander U. Inertial wave mode excitation in a rotating annulus with partially librating boundaries. Fluid Dynamics Research, 2014, vol. 46, 041423. DOI: 10.1088/0169-5983/46/4/041423.

Subbotin S., Dyakova V. Inertial waves and steady flows in a liquid filled librating cylinder. Microgravity Science and Technology, 2018, vol. 30, iss. 4, pp. 383–392. DOI: 10.1007/s12217-018-9621-x.

Morize C., Le Bars M., Le Gal P., Tilgner A. Experimental determination of zonal winds driven by tides. Physical Review Letters, 2010, vol. 104, 214501. DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.214501.

Tilgner A. Zonal wind driven by inertial modes. Physical Review Letters, 2007, vol. 99, 194501. DOI: 10.1103/PhysRevLett.99.194501.

Favier B., Barker A., Baruteau C., Ogilvie G. Non-linear evolution of tidally forced inertial waves in rotating fluid bodies. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2014, vol. 439, pp. 845–860. DOI: 10.1093/mnras/stu003.

Kozlov V., Polezhaev D. Flow patterns in a rotating horizontal cylinder partially filled with liquid. Physical Review E, 2015, vol. 92, 013016. DOI: 10.1103/PhysRevE.92.013016.

Thielicke W., Stamhuis E. J. PIVlab – Time-resolved digital particle image velocimetry tool for MATLAB (version: 1.43). Journal of Open Research Software. 2014, vol. 2 (1), e30. DOI: 10.5334/jors.bl.

Noir J., Calkins M. A., Lasbleis M., Cantwell J., Aurnou J. M. Experimental study of libration-driven zonal flows in a straight cylinder. Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2010, vol. 182, pp. 98–106. DOI: 10.1016/j.pepi.2010.06.012.

Le Bars M., Cébron D., Le Gal P. Flows driven by libration, precession, and tides. Annual Review of Fluid Mechanics. 2015, vol. 47, pp. 163–193. DOI: 10.1146/annurev-fluid-010814-014556.

Riley N. Steady streaming. Annual Review of Fluid Mechanics. 2001, vol. 33, pp. 43–65. DOI: 10.1146/annurev.fluid.33.1.43.

Busse F. H. Zonal flow induced by longitudinal librations of a rotating cylindrical cavity. Physica D. 2011, vol. 240, pp. 208–211. DOI: 10.1016/j.physd.2010.09.010.

Wang C. Y. Cylindrical tank of fluid oscillating about a steady rotation. Journal of Fluid Mechanics. 1970, vol. 41, pp. 581–592. DOI: 10.1017/S0022112070000769.




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2018-4-67-73

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.


ISSN: 1994-3598

Адрес издателя и учредителя: ПГНИУ, ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охраны культурного наследия. Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ФС77-66788 от 08 августа 2016 г.

Научное издание

© ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», 2019

Лицензия Creative Commons Материалы журнала публикуются по лицензии Creative Commons - Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).