Indotta magneticamente rotante di Rayleigh-Taylor instabilità

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).