Структуры течений во вращающемся цилиндре с жидкостью и свободным цилиндрическим ядром при вибрациях
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2019-4-24-32Ключевые слова:
коаксиальный слой, инерционные колебания, осреднённое течениеАннотация
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.Библиографические ссылки
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
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.
