О структуре течения в неравномерно вращающемся цилиндре с жидкостью

Автор: Станислав Валерьевич Субботин

Соавторы: Кропачева А.С.

Организация: Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет

Известно, что периодические возмущения во вращающейся жидкости распространяются в виде инерционных волн  [1]. Эти волны существуют благодаря действию силы Кориолиса и широко распространены как океанах, так и в жидких ядрах планет. В свою очередь колебания жидкости, обусловленные их распространением, могут приводить к возникновению интенсивных течений, изучению которых посвящена настоящая работа.

Экспериментальная установка представляет быстро вращающуюся вокруг горизонтальной оси кювету с цилиндрической полостью, заполненной маловязкой жидкостью. Для генерации волн скорость вращения меняется по гармоническому закону (либрации). Это приводит к возникновению осциллирующего движения в вязких пограничных слоях, в результате чего из мест соединения боковой и торцевых стенок цилиндра в объем жидкости распространяются инерционные волны. Обнаружено, что вблизи мест отражения волн от боковой стенки полости в пограничном слое Стокса возникает осредненное течение в виде осесимметричных тороидальных вихрей, скорость осредненного движения в которых пропорциональна квадрату амплитуды либраций. При определенных частотах либраций инерционные волны испытывают пространственный резонанс, формируя в объеме полости крупномасштабные осциллирующие структуры (так называемые инерционные моды). Последние являются собственными модами колебаний жидкости для данной геометрии полости. Резонансное возбуждение инерционных мод не только модифицирует осредненное течение, но и увеличивает его интенсивность в несколько раз.

Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации (проект МК-1994.2018.1).

1. Гринспен Х. Теория вращающихся жидкостей. Л.: Гидрометеоиздат. 1975. С. 304.