Magnétiquement Induced Rotating Rayleigh-Taylor Instabilité

Système de fluide de densité stratifiée constituée de deux couches peuvent être disposés dans un champ de gravitation soit dans une écurie ou d'une configuration instable. Si la couche lourde dense sous-tend la, couche moins dense, le système est stable: perturbations à l'interface sont stables, restaurée par gravité, et les vagues peuvent être pris en charge sur l'interface. Si la couche lourde recouvre la couche, puis le système est instable et les perturbations au grossissement de l'interface. Cette instabilité fluide fondamentale est l'instabilité de Rayleigh-Taylor ^{7, 8.} Exactement la même instabilité peut être observée dans les systèmes non-rotation qui sont accélérés vers la couche plus lourde. En raison de la nature fondamentale de l'instabilité , il est observé dans de très nombreux flux qui varient aussi grandement à l' échelle: de film mince à petite échelle des phénomènes ⁹ à caractéristiques d'échelle astrophysiques observés dans, par exemple, la nébuleuse du Crabeef "> 10, où les structures de doigts sont observés, créé par les vents pulsar étant accélérée par plus denses restes de supernova. Il est une question ouverte quant à la façon de l'instabilité de Rayleigh-Taylor peut être contrôlé ou influencé une fois que la différence initiale de densité instable a été établie à une interface. une possibilité est de prendre en considération la rotation apparente du système. le but de ces expériences est d'étudier l'effet de la rotation du système, et si cela peut être une voie de stabilisation.

Nous considérons un système de fluide qui est constitué d'une double couche de stratification gravitationnellement instables qui est soumis à une rotation constante autour d'un axe parallèle à la direction de la pesanteur. Une perturbation à une double couche de stratification instable densité conduit à la génération baroclinic de vorticité, à savoir, le renversement, à l'interface, tendant à la débâcle des structures verticales. Cependant, un fluide en rotation est connu pour s'organiser en cohérence st verticalructures alignés avec l'axe de rotation, soi-disant «Taylor colonnes» ^11. Par conséquent le système sous enquête subit la concurrence entre l'effet de stabilisation de la rotation, qui est l'organisation de la circulation dans les structures verticales et empêchant les deux couches de renversement, et l'effet déstabilisateur du fluide plus dense recouvrant le fluide plus léger qui génère un mouvement de renversement à l'interface . Avec la vitesse de rotation a augmenté la capacité des couches de fluide de se déplacer radialement, avec des sens opposés l'un à l' autre, afin de se réarranger en une configuration plus stable, est de plus inhibée par le théorème de Taylor Proudman ^{12, 13:} le déplacement radial est réduit et les structures observées qui se matérialisent que l'instabilité se développe sont de plus petite échelle. Figue. La figure 1 montre qualitativement l'effet de la rotation des tourbillons qui se forment à l'instabilité se développe. dans leimage de la main gauche il n'y a pas de rotation et le flux est une approximation classique instabilités Rayleigh-Taylor de non-rotation. Sur l'image de droite de tous les paramètres expérimentaux sont identiques à l'image gauche, sauf que le système est mis en rotation autour d'un axe vertical aligné avec le centre de la cuve. On peut constater que l'effet de la rotation est de réduire la taille des tourbillons qui se forment. Ceci, à son tour, se traduit par une instabilité qui se développe plus lentement que la contrepartie non tournante.

Les effets magnétiques qui modifient le tenseur des contraintes dans le fluide peuvent être considérés comme agissant de la même manière qu'un champ gravitationnel modifié. Nous sommes donc en mesure de créer une stratification gravitationnellement stable et tourner vers le haut en solide rotation du corps. Les forces de corps magnétiques générés par l'imposition du champ magnétique à gradient miment alors pour effet de modifier le champ de gravitation. Ceci rend instable l'interface de telle sorte que le système de fluide behaVes, avec une bonne approximation, comme une instabilité classique Rayleigh-Taylor en rotation. Cette approche a déjà été tenté en deux dimensions sans rotation ^{14, 15.} Pour un champ magnétique à gradient appliqué avec induite par un champ magnétique B, la force du corps appliqué à un fluide magnétique volume de susceptibilité χ constante est donnée par f = grad (χ B ² / μ _0), où B = | B | et μ ₀ = 4π × 10 ^{-7 -2} NA est la perméabilité magnétique de l' espace libre. On peut donc considérer l'aimant pour manipuler le poids efficace de chaque couche de fluide, où le poids effectif par unité de volume d'un fluide de ρ densité dans un champ gravitationnel de la force g est donnée par ρ g – χ (∂ B ² / ∂ z ) / (2 μ _0).