Осреднённые течения, возбуждаемые инерционными модами в либрирующем цилиндре
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2018-4-67-73Ключевые слова:
инерционные волны, инерционные моды, осредненные течения, вращение, либрацииАннотация
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.Библиографические ссылки
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.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.
