Структуры течений во вращающемся цилиндре с жидкостью и свободным цилиндрическим ядром при вибрациях

Николай Викторович Козлов (Nikolay V. Kozlov)

Аннотация


Экспериментально изучаются режимы осреднённых течений, реализующихся в квази-коаксиальном слое при круговых инерционных колебаниях свободного цилиндрического ядра и его одновременном дифференциальном вращении. Внешний цилиндр образован стенкой герметично закрытого вращающегося контейнера. Полый внутренний цилиндр (ядро) изготовлен из лавсановой плёнки. Объём между цилиндрами заполнен маловязкой несжимаемой жидкостью (вода), в которую добавлены мелкие тяжёлые частицы, служащие для визуализации. Контейнер расположен горизонтально и приводится в быстрое вращение, при этом ядро занимает устойчивое положение на оси полости. Скорость вращения ядра измеряется путем синхронизации с частотой мерцаний стробоскопа для изучения структуры течений по распределению частиц визуализаторов (фоторегистрация). Для возбуждения колебаний ядра контейнеру сообщаются поступательные вибрации, направленные перпендикулярно оси вращения. При этом генерируется интенсивное опережающее вращение ядра. В зависимости от режима движения ядра наблюдаются различные структуры распределения визуализаторов. При относительно малых скоростях дифференциального вращения возникают структуры с пространственным периодом, характерным для инерционных волн. При умеренных скоростях – регулярная система тороидальных вихрей. При больших скоростях течение становится нерегулярным. Система тороидальных вихрей ассоциируется с центробежной неустойчивостью. Порог её возникновения оказывается заметно ниже, чем в случае классического течения Тэйлора–Куэтта. Анализ результатов показывает, что исследуемая система имеет существенные предпосылки для снижения порога возникновения вихрей Тэйлора.


Ключевые слова


коаксиальный слой; инерционные колебания; осреднённое течение

Полный текст:

PDF

Литература


Greenspan H. The Theory of Rotating Fluids. Cambridge, UK: University Press, 1968, 327 p.

Sibgatullin I. N., Ermanyuk E. V. Internal and inertial wave attractors: a review. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2019, vol. 60, no. 2, pp. 284–302. DOI: 10.1134/S002189441902010X

Subbotin S., Dyakova V. Inertial waves and steady flows in a liquid filled librating cylinder. Microgravity Sci. Technol., 2018, vol. 30, no. 4, pp. 383–392. DOI: 10.1007/s12217-018-9621-x

Egbers C., Pfister G. (Eds.) Physics of rotating fluids: selected topics of the 11th International Couette–Taylor Workshop, held at Bremen, Germany, 20–23 July 1999. Berlin, etc.: Springer, 2000, 439 p.

Taylor G. I. Stability of a viscous liquid contained between two rotating cylinders. Phil. Trans. Roy. Soc. A, 1923, vol. 223, no. 605–615, pp. 289–343.

Andereck C. D., Liu S. S., Swinney H. L. Flow regimes in a circular Couette system with independently rotating cylinders. Journal of. Fluid Mechanics, 1986, vol. 164, pp. 155–183. DOI: 10.1017/S0022112086002513

Phillips O. M. Centrifugal waves. Journal of. Fluid Mechanics, 1960, vol. 7, no. 3, pp. 340–352. DOI: 10.1017/S0022112060000128

Ivanova A. A., Kozlov V. G., Polezhaev D. A. Vibrational dynamics of a centrifuged fluid layer. Fluid Dyn., 2005, vol. 40, no. 2, pp. 297–304. DOI: 10.1007/s10697-005-0069-5

Kozlova A. N., Kozlov N. V. Vibrational dynamics of rotating systems with interface. Мoscow–Izhevsk: Institut kompiuternykh issledovanii, 2016, 114 p. (In Russian)

Kozlov V. G., Kozlov N. V. Vibrational hydrodynamic gyroscope. Doklady Physics, 2007, vol. 52, no. 8, pp. 458–461. DOI: 10.1134/S1028335807080137

Kozlov N. Theory of the vibrational hydrodynamic top. Acta Astronaut., 2015, vol. 114, pp. 123–129. DOI: 10.1016/j.actaastro.2015.04.010

Kozlov V. G., Kozlov N. V. Vibrational dynamics of a light body in a liquid-filled rotating cylinder. Fluid Dynamics, 2008, vol.43, pp. 9–19. DOI: 10.1134/S001546280801002X

Kozlov V. G., Kozlov N. V., Subbotin S. V. The effect of oscillating force field on the dynamics of free inner core in a rotating fluid-filled spherical cavity. Physics of Fluids, 2015, vol. 27, no. 12, 124101. DOI: 10.1063/1.4936399

Schlichting H. Boundary Layer Theory. New York, USA: McGraw-Hill, 1968, 817. p.

Lalaoua A., Bouabdallah A. On the onset of Taylor vortices in finite-length cavity subject to a radial oscillation motion. Journal of Applied Fluid Mechanics, 2016, vol. 9, no. 4, pp. 1887–1896. DOI: 10.18869/acadpub.jafm.68.235.25270

Sobolík V., Izrar B., Lusseyran F., Skali S. Interaction between the Ekman layer and the Couette–Taylor instability. Int. J. Heat Mass Transf., 2000, vol. 43, no. 24, pp. 4381–4393. DOI: 10.1016/S0017-9310(00)00067-3




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2019-4-24-32

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.

Журнал включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук (специальности: 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы; 01.04.07 - Физика конденсированного состояния).

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).