Name: magnetically induced rotating rayleigh-taylor instability
Uploaded: 2017-03-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 42 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Magnetically Induced Rotating Rayleigh-Taylor Instability at JoVE.com

RJAH acknowledges support from EPSRC Fellowship EP/I004599/1, MMS acknowledges funding from EPSRC under grant number EP/K5035-4X/1.

ملاحظة: يتم عرض الجهاز التجريبي تخطيطي في الشكل. 2. الجزء الرئيسي من الجهاز يتكون من منصة دوارة (300 ملم × 300 ملم) التي شنت على اسطوانة نحاسية (55 مم) أن ينزل تحت وزنه في حقل مغناطيسي قوي من المغناطيس فائق التوصيل (1.8 T) مع غرفة درجة الحرارة تتحمل العمودي. ويتكون النظام الأساسي للتدوير عن طريق محرك خارج المحور الذي يحول الانزلاق واضعة مع فتحة ثقب المفتاح. ويرد اسطوانة نحاسية لحملة رمح على شكل مفتاح التي تدور في وقت واحد، وينزل مرة واحدة تتم إزالة عقد دبوس. 1. إعداد المعدات غير القياسية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قارب تعويم <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جعل حجم القارب بحيث يلائم بشكل مريح داخل خزان التجريبية دون لمس الجانبين. ملاحظة: قارب تعويم (انظر الشكل 3) ويتكون من جدران البوليسترين وقاعدة الاسفنج. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حماية الإسفنج مع طبقة من شارعالمناديل الورقية رونغ. ملاحظة: الغرض من المناديل الورقية هي لتبديد الكثير من الزخم الرأسي من السائل تصب في قارب وقت ممكن. </li></ol></li></ol> 2. إعداد تجربة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد طبقات السائل <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> السماح الماء المقطر ليأتي إلى درجة حرارة المختبر (22 ± 2 درجة مئوية). تقريبا مطلوب 650 مل لكل تحقيقا تجريبيا. ملاحظة: السماح للخليط للتوازن يمنع تشكيل فقاعات في التجربة بسبب exsolving الهواء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فصل الماء المقطر إلى أحجام متساوية في حاويتين منفصلة، A و B، والتي سيتم استخدامها لإعداد وسائل لانخفاض طبقة كثيفة والطبقة العليا الخفيفة على التوالي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد خارج الموقع من الطبقة السفلى الكثيفة. لمحتويات الحاوية A: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة كلوريد الصوديوم إلى تحقيق تركيز 0.43 مول كلوريد الصوديوم لكل لتر من الماء (حوالي 25 غرام من كلوريد الصوديوم لكل لتر منسوف تكون هناك حاجة المياه)؛ </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة الأصباغ تتبع الماء 0.33 جم الحمراء والزرقاء إلى الحاوية الطبقة السفلى (على سبيل المثال، كول، Parmer 00295-16 و-18)؛ </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة 0.1 ز L -1 الصوديوم فلوريسئين. ملاحظة: إن الطبقة السفلى يكون الآن يكون غير شفاف في المظهر ولديها كثافة حوالي 1012.9 ± 1.2 كيلو متر -3. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد السابقين الموقع من الطبقة العليا الخفيفة. لمحتويات الحاوية ب: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة MnCl 2 الملح لتحقيق تركيز 0.06 مول MnCl 2 لتر من الماء (حوالي 12 غرام من MnCl 2 لتر من الماء). ملاحظة: الطبقة العليا تكون شفافة في المظهر ولديها كثافة حوالي 998.2 ± 0.5 كيلو متر -3. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تختلف اللزوجة من طبقات السوائل، إضافة الجلسرين C 3 H 8 O 3 في كميات متساوية إلى كل طبقة حتى يتحقق اللزوجة المطلوبة. viscositie نموذجيةالصورة تكمن في نطاق 1.00 × 10 -3 - 21.00 × 10 -3 باسكال الصورة. اللزوجة من كل طبقة هي نفسها. ملاحظة: هذا المزيج يمكن تخزينها بأمان في عبواتها منفصلة حتى المطلوبة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد السابقين الموقع من الطبقات كثافة. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة 300 مل من محتويات الحاوية وإلى الخزان الداخلي أسطواني (انظر الشكل 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تزج الإسفنج القارب التعويم في السائل من حاوية (ب). ملاحظة: بعد (2.1.6.2) هذا الإجراء هو وقت حساس، لذلك لا القيام بأي خطوات أخرى حتى عن المغناطيس والإضاءة والتسجيل والآليات الميكانيكية على استعداد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> رفع القارب تعويم خارج الحاوية B، وعندما توقف ذلك نازف، وضع بعناية القارب التعويم على أعلى طبقة من السائل الكثيف في خزان أسطواني الداخلي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> البدء في إضافة طبقة خفيفة السائل من حاوية وباء لقارب تعويم بمعدل تدفق3 مل / دقيقة. زيادة تدريجيا هذا معدل التدفق كما القارب تعويم يرفع بعيدا عن واجهة بين طبقتين. الحفاظ على بطء معدل التدفق بما فيه الكفاية أن واجهة غير منزعجة من زيادة زخم تدفق السوائل، ولكن بسرعة كافية أن هذه العملية لا تستغرق أكثر من 20 دقيقة. حافظ على ملء حتى تحتوي الطبقة العليا 320 مل من السوائل. ملاحظة: إن الطبقة السفلى تكون على عمق حوالي 33 ملم، وسوف الطبقة العليا تكون على عمق حوالي 39 ملم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انخفاض بعناية غطاء سيت في الطبقة العليا بحيث أعماق طبقة كل طبقة على قدم المساواة. تسمح السائل وبتدفق الهواء عبر الثقوب تنزف، وضمان أن لا الهواء محاصرين تحت. مراقبة طبقة (حوالي 6 ملم) من الواضح السائل ضوء طبقة على رأس غطاء سيت. ملاحظة: إذا كانت عملية ناجحة سيكون هناك طبقتين من السائل متساوية في العمق مع واجهة حادة بينهما. وسمك طبقة نشر في واجهة يكون أقل من 2 مترم في هذه المرحلة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ملء الخزان الخارجي مع الماء المقطر واضحة إلى ارتفاع 6 مم فوق غطاء سيت من الخزان الداخلي. عند اطلاعه على الساحة على لن يكون هناك المنظر التي يسببها انحناء الناتجة عن خزان أسطواني الداخلي. ملاحظة: منذ السوائل في كل طبقة ونزع فتيله باستمرار عبر واجهة في هذه المرحلة، الشروع فورا في الخطوات التالية. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدور المتابعة من الطبقات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع خزان التجريبية على المنصة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع ترتيبات مع اسطوانة نحاسية في تجويف من المغناطيس، حملة رمح من خلال فتحة ثقب المفتاح في المسار ودبوس عقد في الموقف. تأكد من أن خزان بعيدا (60 سم) من المغناطيس بحيث القوى المغناطيسية على السوائل لا تكاد تذكر في هذا الموقف. ملاحظة: حمل خزان التجريبية التي تحتوي على الطبقات تقدم بعض الصعوبات. طويلة، السعة المنخفضة، مجموعة موجات الخوض تصل عن طريق المشي مع الوه خزان تسوس بعيدا، وجود تأثير يذكر على جودة واجهة تحقيقه عندما تطفو على الطبقة العليا على. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تشغيل المحرك، وزيادة معدل الدوران في 0.002 راد ق -2، والغزل والمتابعة السائل لمعدل دوران المطلوب. لمعدلات الدوران في 16 كانت المرة تدور المتابعة من أجل 20 دقيقة - 60 دقيقة. وكانت أسرع معدل دوران تستخدم 13.2 راد ق -1: ملاحظة. </li></ol></li></ol> 3. تنفيذ تجربة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأكد من أن المغناطيس مما يدل على قوة مجال 1.2 T، وذلك في الارتفاع الذي بدأ عدم الاستقرار التدرج المجال هو (غراد ب 2) / 2 = -14.3 تي 2 م -1، حيث B هو الحث المغناطيسي . </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأكد من أن كاميرا فيديو تم ترتيب هذا أنه عندما حملة رمح هو في أدنى موقفها إما عرض الجانب من التجربة هو في التركيز، أو طريقة عرض الخطة في التركيز من خلال رر مرآةماجد فوق التجربة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضمان الإضاءة المحيطة هي على المستويات الصحيحة، مثل أن أيا من الصورة التي تم التقاطها بواسطة الكاميرا مشبعة، ولكن أن يتم استخدام استجابة كاملة (شدة تدرج الرمادي في نطاق 0-255). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء تسجيل الفيديو (240 إطارا في الثانية). استخدام جهاز التحكم عن بعد لمنع تحريك الكاميرا أثناء تشغيل وظيفة تسجيل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة دبوس عقد، والسماح للدبابات لينزل، في حين تناوب، في المجال المغناطيسي. </li></ol> 4. إعادة تجربة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعادة تعيين تلاعب التجريبي <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام جهاز التحكم عن بعد لوقف تسجيل الفيديو. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حفظ ملف الفيلم على القرص. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> من جهة، وانخفاض الجهد للمحرك بحيث يؤدي إلى إبطاء إلى طريق مسدود. تنفيذ هذا تدريجيا وذلك لمنع انسكاب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة ترتيب التجريبية من المغناطيس. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> التخلص من طبقات السائل مختلطة بشكل مناسب (انظر المنغنيز كلوريد Tetrahydrate MSDS). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شطف الخزان بالماء (عليهلا تحتاج إلى المقطر)، حتى يتم غسلها كل أثر للأملاح بعيدا. تجنب ملامسة الجلد المباشر مع السوائل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تجفيف خزان بعناية مع المناديل الورقية لضمان عدم وجود بقايا ويترك التي قد تلوث تجارب لاحقة. </li></ol></li></ol> تجهيز 5. صورة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخراج الصور الفردية من كل إطار الفيلم، وحفظ في ضياع بابوا نيو غينيا شكل. قناع من أي من المناطق غير المرغوب فيها من كل إطار، على سبيل المثال منصة أو اسطوانة نحاسية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حساب ثنائية الأبعاد وظيفة لصناعة السيارات في ارتباط 16 من كل إطار على الصورة ل2 ثانية بعد الشروع في عدم الاستقرار باستخدام فورييه السريع منفصلة تحويل. تسجيل الحد الأدنى، يعني، والحد الأقصى لقيمة الطول الموجي لوحظت في معدل دوران التجربة واللزوجة من السوائل طبقات. </li></ol>

<ol>
	<li>Lewis, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+instability+of+liquid+surfaces+when+accelerated+in+a+direction+perpendicular+to+their+planes.+II.">The instability of liquid surfaces when accelerated in a direction perpendicular to their planes. II.</a> Proc. Roy. Soc., A. 202, 81-96 (1950).</li><li>Read, K. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+investigation+of+turbulent+mixing+by+Rayleigh-Taylor+instability.">Experimental investigation of turbulent mixing by Rayleigh-Taylor instability.</a> Physica D. 12, 45-58 (1984).</li><li>Dimonte, G., Schneider, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbulent+Rayleigh-Taylor+instability+experiments+with+variable+acceleration.">Turbulent Rayleigh-Taylor instability experiments with variable acceleration.</a> Phys. Rev. E. 54, 3740-3743 (1996).</li><li>Dalziel, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+instability+:+experiments+with+image+analysis.">Rayleigh-Taylor instability : experiments with image analysis.</a> Dyn. Atmos. Oceans. 20, 127-153 (1993).</li><li>Jacobs, J. W., Dalziel, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+instability+in+complex+stratifications.">Rayleigh-Taylor instability in complex stratifications.</a> J. Fluid Mech. 542, 251-279 (2005).</li><li>Linden, P. F., Redondo, J. M., Youngs, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+mixing+in+Rayleigh-Taylor+instability.">Molecular mixing in Rayleigh-Taylor instability.</a> J. Fluid Mech. , 97-124 (1994).</li><li>Lord Rayleigh, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+the+Character+of+the+Equilibrium+of+an+Incompressible+Heavy+Fluid+of+Variable+Density.">Investigation of the Character of the Equilibrium of an Incompressible Heavy Fluid of Variable Density.</a> Proc. Lon. Math. Soc. 14, 170-177 (1883).</li><li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+instability+of+fluid+surfaces+when+accelerated+in+a+direction+perpendicular+to+their+planes.+I.">The instability of fluid surfaces when accelerated in a direction perpendicular to their planes. I.</a> Proc. Roy. Soc., A. 201, 192-196 (1950).</li><li>Limat, L., Jenffer, P., Dagens, B., Touron, E., Fermigier, M., Wesfreid, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gravitational+instabilities+of+thin+liquid+layers:+dynamics+of+pattern+selection.">Gravitational instabilities of thin liquid layers: dynamics of pattern selection.</a> Physica D. 61, 166-182 (1992).</li><li>Gelfand, J. D., Slane, P. O., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Dynamical+Model+for+the+Evolution+of+a+Pulsar+Wind+Nebula+Inside+a+Nonradiative+Supernova+Remnant.">A Dynamical Model for the Evolution of a Pulsar Wind Nebula Inside a Nonradiative Supernova Remnant.</a> Astrophys. J. 703, 2051-2067 (2009).</li><li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experiments+on+the+Motion+of+Solid+Bodies+in+Rotating+Fluids.">Experiments on the Motion of Solid Bodies in Rotating Fluids.</a> Proc. Roy. Soc., A. 104, 213-218 (1923).</li><li>Proudman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+Motion+of+Solids+in+a+Liquid+Possessing+Vorticity.">On the Motion of Solids in a Liquid Possessing Vorticity.</a> Proc. Roy. Soc., A. 92, 408-424 (1916).</li><li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motion+of+Solids+in+Fluids+when+the+Flow+is+not+lrrotational.">Motion of Solids in Fluids when the Flow is not lrrotational.</a> Proc. Roy. Soc., A. 93, 99-113 (1917).</li><li>Carl&#232;s, P., Huang, Z., Carbone, G., Rosenblatt, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+Instability+for+Immiscible+Fluids+of+Arbitrary+Viscosities:+A+Magnetic+Levitation+Investigation+and+Theoretical+Model.">Rayleigh-Taylor Instability for Immiscible Fluids of Arbitrary Viscosities: A Magnetic Levitation Investigation and Theoretical Model.</a> Phys. Rev. Lett. 96, 104501 (2006).</li><li>Huang, Z., De Luca, A., Atherton, T. J., Bird, M., Rosenblatt, C., Carl&#232;s, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+Instability+Experiments+with+Precise+and+Arbitrary+Control+of+the+Initial+Interface+Shape.">Rayleigh-Taylor Instability Experiments with Precise and Arbitrary Control of the Initial Interface Shape.</a> Phys. Rev. Lett. 99, 204502 (2007).</li><li>Baldwin, K. A., Scase, M. M., Hill, R. J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Inhibition+of+the+Rayleigh-Taylor+Instability+by+Rotation.">The Inhibition of the Rayleigh-Taylor Instability by Rotation.</a> Sci. Rep. 5, 11706 (2015).</li><li>Rossby, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+of+B&#233;nard+convection+with+and+without+rotation.">A study of B&#233;nard convection with and without rotation.</a> J. Fluid Mech. 36, 309-335 (1969).</li></ol>

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

هناك نوعان من الخطوات الحاسمة في البروتوكول. الأول هو 2.1.6.4. إذا طرحت طبقة خفيفة على طبقة كثيفة بشكل سريع جدا ثم يمزج لا رجعة فيه من طبقتين السوائل غير قابلة للامتزاج يحدث. ومن الضروري أن هذا هو تجنب وأن يتم التوصل إلى (&lt;2 مم) واجهة حادة بين طبقتين. الخطوة الثانية الحاسم?...

<html> وهناك نظام السوائل كثافة طبقية تتكون من طبقتين يمكن ترتيبها في حقل الجاذبية في إما ثابتة أو تكوين غير مستقر. إذا كانت طبقة كثيفة ثقيلة ترتكز على أقل كثافة، طبقة خفيفة ثم نظام مستقر: الاضطرابات إلى واجهة مستقرة، استعادة عن طريق الجاذبية، ويمكن دعم موجات على الواجهة. إذا كانت طبقة ثقيلة يعلو طبقة خفيفة ثم نظام غير مستقر والاضطرابات لتنمو واجهة. عدم الاستقرار هذا السائل الأساسي هو عدم الاستقرار رايلي تايلور 7 و 8. بالضبط نفس عدم الاستقرار يمكن ملاحظتها في أنظمة غير الدورية التي المتسارع نحو طبقة أثقل. ونظرا لطبيعة الأساسية من عدم الاستقرار لوحظ في عدد كبير جدا من التدفقات التي تختلف أيضا إلى حد كبير من حيث الحجم: من نطاق صغير الظواهر رقيقة 9 إلى ميزات على نطاق والفيزياء الفلكية لاحظ، على سبيل المثال، سديم السرطانEF &quot;&gt; 10، حيث لوحظ هياكل تشبه الاصبع، تم إنشاؤها بواسطة الرياح النجم النابض تتسارع من خلال بقايا السوبرنوفا أكثر كثافة. وهو سؤال مفتوح حول كيفية عدم الاستقرار رايلي تايلور يمكن السيطرة عليها أو أثرت مرة واحدة وكانت الفرق كثافة غير مستقر الأولي أنشئت في واجهة. واحد الاحتمالات هو أن تنظر دوران الجزء الأكبر من النظام. والغرض من هذه التجارب هو دراسة تأثير الدوران على النظام، وإذا كان هذا قد يكون طريقا لتحقيق الاستقرار. ونحن نعتبر نظام السوائل التي تتكون من اثنين من طبقة الطبقية غير مستقر الجاذبية التي تخضع لدوران مستمر حول بالتوازي مع محور لاتجاه الجاذبية. والاضطراب إلى اثنين من طبقة كثافة الطبقات غير مستقر يؤدي إلى توليد baroclinic من الدوامي، أي قلب، في واجهة، وتميل إلى تفكك أي الهياكل العمودية. ومع ذلك، لا يعرف السائل الدورية لتنظيم نفسها في متماسك الحادي والرأسيructures تتماشى مع محور الدوران، ما يسمى ب &quot;تايلور الأعمدة 11. ثم نظام قيد التحقيق يخضع المنافسة بين أثر في تحقيق الاستقرار للدوران، وهذا هو تنظيم تدفق في الهياكل العمودية ومنع طبقتين قلب، وتأثير مزعزع للاستقرار من السائل كثافة تغمر أخف السوائل التي يولد حركة الانقلاب في واجهة . مع زيادة معدل دوران قدرة طبقات السوائل لنقل شعاعيا، مع شعور معاكس لبعضها البعض، من أجل إعادة ترتيب أنفسهم في تكوين أكثر استقرارا، هو تحول نحو متزايد من قبل نظرية تايلور برودمان 12، 13: يتم تقليل حركة شعاعي والهياكل احظ أن تتحقق مع تطور حالة عدم الاستقرار هي أصغر في الحجم. تين. 1 يبين نوعيا تأثير الدوران على الدوامات التي تشكل مع تطور حالة عدم الاستقرار. في الصورة اليد اليسرى لا يوجد دوران وتدفق هو تقريب الدورية غير رايلي تايلور عدم الاستقرار الكلاسيكية. في صورة اليد اليمنى جميع المعلمات التجريبية هي مطابقة للصورة اليد اليسرى إلا أن النظام يتم استدارة حول محور عمودي تتماشى مع مركز للدبابات. ويمكن أن ينظر إلى أن تأثير دوران هو تقليل حجم الدوامات التي يتم تشكيلها. وهذا، بدوره، يؤدي إلى عدم الاستقرار الذي يتطور ببطء أكثر من نظيره غير الدورية. يمكن اعتبار الآثار المغناطيسية التي تعديل موتر الإجهاد في السائل كما تعمل في نفس الطريقة المتبعة في مجال الجاذبية تعديلها. لذلك نحن قادرون على خلق الطبقية مستقر الجاذبية وتدور ليصل إلى دوران جسم صلب. القوات الجسم المغناطيسية الناتجة عن فرض المجال المغناطيسي الانحدار ثم تحاكي تأثير على تعديل مجال الجاذبية. وهذا يجعل واجهة غير مستقر لدرجة أن النظام بهاء السوائلفيس، لتقريب جيد، وعدم الاستقرار رايلي تايلور الكلاسيكية تحت التناوب. وقد حاول هذا النهج سابقا في بعدين دون تناوب 14 و 15. ونظرا لحقل مغناطيسي التدرج تطبيقها مع بفعل المجال المغناطيسي B، طبقت قوة الجسم إلى السوائل من ثابت المغناطيسي χ حجم التعرض كتبها f = غراد (χ ب 2 / μ 0)، حيث B = | B | وμ 0 = 4π × 10 -7 NA -2 هو النفاذية المغناطيسية للفي الفضاء الحر. ولذلك قد نعتبر المغناطيس لمعالجة الوزن الفعال لكل طبقة السائل، حيث يتم إعطاء وزن فعال في وحدة الحجم من السائل من ρ كثافة في حقل الجاذبية قوة ز كتبها ρ ز - χ (∂ ب 2 / ∂ ض ) / (2 μ 0).

<table><tbody><tr><td>Blue water tracing dye</td><td>Cole-Parmer</td><td>00295-18</td><td></td></tr><tr><td>Red water tracing dye</td><td>Cole-Parmer</td><td>00295-16</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Chloride</td><td></td><td></td><td>&gt;99% purity</td></tr><tr><td>Manganese Chloride Tetrahydrate</td><td></td><td></td><td>See MSDS</td></tr><tr><td>Fluorescein sodium salt&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Magnet</td><td>Cryogenic Ltd. London</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

magnetically induced rotating rayleigh-taylor instability

وتشمل التقنيات الكلاسيكية للتحقيق في عدم الاستقرار رايلي تايلور باستخدام الغازات المضغوطة 1، 2 الصواريخ أو المحركات الكهربائية الخطية 3 لعكس الاتجاه الفعلي للخطورة، وتسريع السائل أخف نحو السائل أكثر كثافة. مؤلفين آخرين مثل 4، 5، وفصل 6 من الطبقات غير مستقر الجاذبية بحاجز أن تتم إزالة لبدء التدفق. ومع ذلك، فإن واجهة الأولية مكافئ في حالة وجود الطبقات الدورية تفرض صعوبات فنية كبيرة تجريبيا. ونود أن تكون قادرة على زيادة ونقصان، حتى الطبقية في دوران جسم صلب، وعندها فقط بدء تدفق من أجل تحقيق آثار تناوب على عدم الاستقرار رايلي تايلور. النهج الذي اعتمدناه هنا هو استخدام الحقل المغناطيسي للالمغناطيس فائق التوصيل للتلاعب وزن فعال من السائلين لبدء التدفق. نخلق مستقرة الجاذبية الطبقات اثنين من طبقة باستخدام تقنيات تعويم القياسية. الطبقة العليا هي أقل كثافة من طبقة أقل وبالتالي فإن النظام هو رايلي تايلور مستقرة. ثم يتم نسج متابعة هذه الطبقات حتى كل من طبقات هي في دوران جسم صلب ولوحظ واجهة مكافئ. هذه التجارب استخدام السوائل مع القابلية المغناطيسية منخفضة، و| χ | ~ 10 -6 - 10 -5، مقارنة السوائل الممغنطة. تأثير مهيمن من المجال المغناطيسي ينطبق هيئة لقوة كل طبقة تغيير وزن فعال. الطبقة العليا هي ضعيفة ممغطس في حين أن الطبقة السفلى هي diamagnetic ضعيف. عند تطبيق مجال مغناطيسي، وصدت الطبقة السفلى من المغناطيس بينما ينجذب الطبقة العليا نحو المغناطيس. ويتحقق الاستقرار رايلي تايلور مع تطبيق مجال مغناطيسي التدرج عالية. لاحظنا كذلك أن المؤتمر الوطني العراقيreasing اللزوجة الديناميكية من السائل في كل طبقة، ويزيد من طول نطاق عدم الاستقرار.

تين. 4 يظهر تطور عدم الاستقرار رايلي تايلور في مجال التفاعل بين السوائل اثنين، لمدة أربعة مختلفة معدلات الدوران: Ω = 1.89 راد ق -1 (الصف العلوي)، Ω = 3.32 راد ق -1، Ω = 4.68 راد ق - 1، وΩ = 8.74 راد ق -1 (الصف السفلي). يظهر واجهة متطورة في...

Watch this Scientific Journal Video about Magnetically Induced Rotating Rayleigh-Taylor Instability at JoVE.com

Magnetically Induced Rotating Rayleigh-Taylor Instability

We present a protocol for preparing a two-layer density-stratified liquid that can be spun-up into solid body rotation and subsequently induced into Rayleigh-Taylor instability by applying a gradient magnetic field.

مغناطيسيا المستحثة الدوارة رايلي تايلور عدم الاستقرار

Classical techniques for investigating the Rayleigh-Taylor instability include using compressed gasses1, rocketry2 or linear electric motors3 to reverse ...

magnetically-induced-rotating-rayleigh-taylor-instability

Universidad de Cartagena UDEC

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Physics

Civil Engineering

Unit 1

Fluid Statics

Rotation and Rigid Bodies

SCIENTISTS IN ACTION

9.5K Views.  University of Nottingham. We present a protocol for preparing a two-layer density-stratified liquid that can be spun-up into solid body rotation and subsequently induced into Rayleigh-Taylor instability by applying a gradient magnetic field.

Video: Magnetically Induced Rotating Rayleigh-Taylor Instability

Methods for Measuring the Orientation and Rotation Rate of 3D-printed Particles in Turbulence

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing technology is used to fabricate particles with slender arms connected at a common center. Shapes explored are crosses (two perpendicular rods), jacks (three perpendicular rods), triads (three rods in triangular planar symmetry), and tetrads (four arms in tetrahedral symmetry). Methods for producing on the order of 10,000 fluorescently dyed particles are described. Time-resolved measurements of their orientation and solid-body rotation rate are obtained from four synchronized videos of their motion in a turbulent flow between oscillating grids with R&#955; = 91. In this relatively low-Reynolds number flow, the advected particles are small enough that they approximate ellipsoidal tracer particles. We present results of time-resolved 3D trajectories of position and orientation of the particles as well as measurements of their rotation rates.

We use 3D printing to fabricate anisotropic particles in the shapes of jacks, crosses, tetrads, and triads, whose alignments and rotations in turbulent fluid flow can be measured from multiple simultaneous video images.

أساليب لقياس التوجيه ودوران معدل الجسيمات في الاضطرابات 3D-طباعة

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing ...

Direct Imaging of Laser-driven Ultrafast Molecular Rotation

We present a method for visualizing laser-induced, ultrafast molecular rotational wave packet dynamics. We have developed a new 2-dimensional Coulomb explosion imaging setup in which a hitherto-impractical camera angle is realized. In our imaging technique, diatomic molecules are irradiated with a circularly polarized strong laser pulse. The ejected atomic ions are accelerated perpendicularly to the laser propagation. The ions lying in the laser polarization plane are selected through the use of a mechanical slit and imaged with a high-throughput, 2-dimensional detector installed parallel to the polarization plane. Because a circularly polarized (isotropic) Coulomb exploding pulse is used, the observed angular distribution of the ejected ions directly corresponds to the squared rotational wave function at the time of the pulse irradiation. To create a real-time movie of molecular rotation, the present imaging technique is combined with a femtosecond pump-probe optical setup in which the pump pulses create unidirectionally rotating molecular ensembles. Due to the high image throughput of our detection system, the pump-probe experimental condition can be easily optimized by monitoring a real-time snapshot. As a result, the quality of the observed movie is sufficiently high for visualizing the detailed wave nature of motion. We also note that the present technique can be implemented in existing standard ion imaging setups, offering a new camera angle or viewpoint for the molecular systems without the need for extensive modification.

We present a protocol for creating a real-time movie of a molecular rotational wave packet using a high-resolution Coulomb explosion imaging setup.

التصوير المباشر مدفوعة الليزر فائق السرعة الجزيئية دوران

We present a method for visualizing laser-induced, ultrafast molecular rotational wave packet dynamics. We have developed a new 2-dimensional Coulomb ...

Chemistry

Visually Based Characterization of the Incipient Particle Motion in Regular Substrates: From Laminar to Turbulent Conditions

Two different experimental methods for determining the threshold of particle motion as a function of geometrical properties of the bed from laminar to turbulent flow conditions are presented. For that purpose, the incipient motion of a single bead is studied on regular substrates that consist of a monolayer of fixed spheres of uniform size that are regularly arranged in triangular and quadratic symmetries. The threshold is characterized by the critical Shields number. The criterion for the onset of motion is defined as the displacement from the original equilibrium position to the neighboring one. The displacement and the mode of motion are identified with an imaging system. The laminar flow is induced using a rotational rheometer with a parallel disk configuration. The shear Reynolds number remains below 1. The turbulent flow is induced in a low-speed wind tunnel with open jet test section. The air velocity is regulated with a frequency converter on the blower fan. The velocity profile is measured with a hot wire probe connected to a hot film anemometer. The shear Reynolds number ranges between 40 and 150. The logarithmic velocity law and the modified wall law presented by Rotta are used to infer the shear velocity from the experimental data. The latter is of special interest when the mobile bead is partially exposed to the turbulent flow in the so-called hydraulically transitional flow regime. The shear stress is estimated at onset of motion. Some illustrative results showing the strong impact of the angle of repose, and the exposure of the bead to shear flow are represented in both regimes.

Two different methods for characterizing the incipient particle motion of a single bead as a function of the sediment bed geometry from laminar to turbulent flow are presented.

بصريا على أساس توصيف الحركة الجسيمات الأولية في ركائز العادية: من الصفحي الظروف المضطربة

Two different experimental methods for determining the threshold of particle motion as a function of geometrical properties of the bed from laminar to ...

Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer coefficient as a function of the liquid flow rate in a transparent pipe. With certain amendments, the approach is extended to gas-liquid flows, with a particular emphasis on the effect of a single elongated (Taylor) air bubble on heat transfer enhancement. A non-invasive thermography technique is applied to measure the instantaneous temperature of a thin metal foil heated electrically. The foil is glued to cover a narrow slot cut in the pipe. The thermal inertia of the foil is small enough to detect the variation in the instantaneous foil temperature. The test section can be moved along the pipe and is long enough to cover a considerable part of the growing thermal boundary layer.
At the beginning of each experimental run, a steady state with a constant water flow rate and heat flux to the foil is attained and serves as the reference. The Taylor bubble is then injected into the pipe. The heat transfer coefficient variations due to the passage of a Taylor bubble propagating in a vertical pipe is measured as function of the distance of the measuring point from the bottom of the moving Taylor bubble. Thus, the results represent the local heat transfer coefficients. Multiple independent runs preformed under identical conditions allow accumulating sufficient data to calculate reliable ensemble-averaged results on the transient convective heat transfer. In order to perform this in a frame of reference moving with the bubble, the location of the bubble along the pipe has to be known at all times. Detailed description of measurements of the length and of the translational velocity of the Taylor bubbles by optical probes is presented.

This manuscript describes methods aimed at measuring the local instantaneous convective heat transfer coefficients in a single or two-phase pipe flow. A simple optical method to determine the length and the propagation velocity of an elongated (Taylor) air bubble moving at a constant velocity is also presented.

قياسات لنقل الحرارة الحمل الحراري لحظية المحلية في أنبوب--تدفق واحد ومرحلتين

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer ...

Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that characterize the transport phenomena in a rotating channel are identified via the parametric analysis of the momentum and energy equations referring to a rotating frame of reference. Based on these dimensionless flow equations, an experimental strategy that links the design of the test module, the experimental program and the data analysis is formulated with the attempt to reveal the isolated Coriolis-force and buoyancy effects on heat transfer performances. The effects of Coriolis force and rotating buoyancy are illustrated using the selective results measured from rotating channels with various geometries. While the Coriolis-force and rotating-buoyancy impacts share several common features among the various rotating channels, the unique heat transfer signatures are found in association with the flow direction, the channel shape and the arrangement of heat transfer enhancement devices. Regardless of the flow configurations of the rotating channels, the presented experimental method enables the development of physically consistent heat transfer correlations that permit the evaluation of isolated and interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on the heat transfer properties of rotating channels.

Here, we present an experimental method for decoupling the interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on full-field heat transfer distributions of a rotating channel.

قوة كوريوليس يفصل وآثار الطفو الدورية على الحرارة كامل-ميدان نقل خصائص قناة الدورية

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that ...

Construction and Operation of a Light-driven Gold Nanorod Rotary Motor System

The possibility to generate and measure rotation and torque at the nanoscale is of fundamental interest to the study and application of biological and artificial nanomotors and may provide new routes towards single cell analysis, studies of non-equilibrium thermodynamics, and mechanical actuation of nanoscale systems. A facile way to drive rotation is to use focused circularly polarized laser light in optical tweezers. Using this approach, metallic nanoparticles can be operated as highly efficient scattering-driven rotary motors spinning at unprecedented rotation frequencies in water.
In this protocol, we outline the construction and operation of circularly-polarized optical tweezers for nanoparticle rotation and describe the instrumentation needed for recording the Brownian dynamics and Rayleigh scattering of the trapped particle. The rotational motion and the scattering spectra provides independent information on the properties of the nanoparticle and its immediate environment. The experimental platform has proven useful as a nanoscopic gauge of viscosity and local temperature, for tracking morphological changes of nanorods and molecular coatings, and as a transducer and probe of photothermal and thermodynamic processes.

Plasmonic gold nanorods can be trapped in liquids and rotated at kHz frequencies using circularly-polarized optical tweezers. Introducing tools for Brownian dynamics analysis and light scatteringspectroscopy leads to a powerful system for research and application in numerous fields of science.

تشييد وتشغيل نظام موتور يحركها الضوء الروتاري نانورود الذهب

The possibility to generate and measure rotation and torque at the nanoscale is of fundamental interest to the study and application of biological and ...

Measuring Magnetically-Tuned Ferroelectric Polarization in Liquid Crystals

Materials showing coupling phenomena between magnetism and (ferro)electricity, i.e., magnetoelectric effects, have attracted a great deal of attention due to their potential applications for future device technologies such as sensors and storage. However, conventional approaches, which usually utilize materials containing magnetic metal ions (or radicals), have a major problem: only a few materials have been found to show the coupling phenomena at room temperature. Recently, we proposed a new approach to achieve room-temperature magnetoelectrics. In contrast to conventional approaches, our alternative proposal focuses on a completely different material, a &#34;liquid crystal&#34;, free from magnetic metal ions. In such liquid crystals, a magnetic field can be utilized to control the orientational state of constituent molecules and the corresponding electric polarization through magnetic anisotropy of the molecules; it is an unprecedented mechanism of the magnetoelectric effect. In this context, this paper provides a protocol to measure ferroelectric properties induced by a magnetic field, that is, the direct magnetoelectric effect, in a liquid crystal. With the method detailed here, we successfully detected magnetically-tuned electric polarization in the chiral smectic C phase of a liquid crystal at room temperature. Taken together with the flexibility of constituent molecules, which directly affects the magnetoelectric responses, the introduced method will serve to allow liquid crystal cells to acquire more functions as room-temperature magnetoelectrics and associated optical materials.

In this report, we present a protocol to examine direct magnetoelectric effects, i.e., induction of ferroelectric polarization by applying magnetic fields, in liquid crystals. This protocol provides a unique approach, supported by the softness of liquid crystals, to achieve room-temperature magnetoelectrics.

قياس الاستقطاب Ferroelectric ضبطها مغناطيسيا بالبلورات السائلة

Materials showing coupling phenomena between magnetism and (ferro)electricity, i.e., magnetoelectric effects, have attracted a great deal of attention due ...

Analyzing Mixing Inhomogeneity in a Microfluidic Device by Microscale Schlieren Technique

In this paper, we introduce the use of microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. The microscale schlieren system is constructed from a Hoffman modulation contrast microscope, which provides easy access to the rear focal plane of the objective lens, by removing the slit plate and replacing the modulator with a knife-edge. The working principle of microscale schlieren technique relies on detecting light deflection caused by variation of refractive index1-3. The deflected light either escapes or is obstructed by the knife-edge to produce a bright or a dark band, respectively. If the refractive index of the mixture varies linearly with its composition, the local change in light intensity in the image plane is proportional to the concentration gradient normal to the optical axis. The micro-schlieren image gives a two-dimensional projection of the disturbed light produced by three-dimensional inhomogeneity.
To accomplish quantitative analysis, we describe a calibration procedure that mixes two fluids in a T-microchannel. We carry out a numerical simulation to obtain the concentration gradient in the T-microchannel that correlates closely with the corresponding micro-schlieren image. By comparison, a relationship between the grayscale readouts of the micro-schlieren image and the concentration gradients presented in a microfluidic device is established. Using this relationship, we are able to analyze the mixing inhomogeneity from associate micro-schlieren image and demonstrate the capability of microscale schlieren technique with measurements in a microfluidic oscillator4. For optically transparent fluids, microscale schlieren technique is an attractive diagnostic tool to provide instantaneous full-field information that retains the three-dimensional features of the mixing process.

Herein, we describe a procedure that employs microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. Through calibration, distribution of concentration gradient can be derived from the micro-schlieren image.

تحليل خلط التجانس في جهاز ميكروفلويديك التي كتبها الميكروسكيل انعراجي تقنية

In this paper, we introduce the use of microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. The microscale schlieren ...

Bioengineering

Spectral and Angle-Resolved Magneto-Optical Characterization of Photonic Nanostructures

Photonic crystals are periodic nanostructures that can support a variety of confined electromagnetic modes. Such confined modes are usually accompanied by local enhancement of electric field intensity that strengthens light-matter interactions, enabling applications such as surface-enhanced Raman scattering (SERS) and surface plasmon enhanced sensing. In the presence of magneto-optically active materials, the local field enhancement gives rise to anomalous magneto-optical activity. Typically, the confined modes of a given photonic crystal depend strongly on the wavelength and incidence angle of the incident electromagnetic radiation. Thus, spectral and angular-resolved measurements are needed to fully identify them as well as to establish their relationship with the magneto-optical activity of the crystal. In this article, we describe how to use a Fourier-plane (back focal plane) microscope to characterize magneto-optically active samples. As a model system, here we use a plasmonic grating built out of magneto-optically active Au/Co/Au multilayer. In the experiments, we apply a magnetic field on the grating in situ and measure its reciprocal space response, obtaining the magneto-optical response of the grating over a range of wavelengths and incident angles. This information enables us to build a complete map of the plasmonic band structure of the grating and the angle and wavelength dependent magneto-optical activity. These two images allow us to pinpoint the effect that the plasmon resonances have on the magneto-optical response of the grating. The relatively small magnitude of magneto-optical effects requires a careful treatment of the acquired optical signals. To this end, an image processing protocol for obtaining magneto-optical response from the acquired raw data is laid out.

Photonic band structure enables understanding how confined electromagnetic modes propagate within a photonic crystal. In photonic crystals that incorporate magnetic elements, such confined and resonant optical modes are accompanied by enhanced and modified magneto-optical activity. We describe a measurement procedure to extract the magneto-optical band structure by Fourier space microscopy.

الطيفية وزاوية حل مغناطيسي-البصرية توصيف النانو الضوئية

Photonic crystals are periodic nanostructures that can support a variety of confined electromagnetic modes. Such confined modes are usually accompanied by ...

Induction of Microstreaming by Nonspherical Bubble Oscillations in an Acoustic Levitation System

When located near biological barriers, oscillating microbubbles may increase cell membrane permeability, allowing for drug and gene internalization. Experimental observations suggest that the temporary permeabilization of these barriers may be due to shear stress that is exerted on cell tissues by cavitation microstreaming. Cavitation microstreaming is the generation of vortex flows which arise around oscillating ultrasound microbubbles. To produce such liquid flows, bubble oscillations must deviate from purely spherical oscillations and include either a translational instability or shape modes. Experimental studies of bubble-induced flows and shear stress on nearby surfaces are often restricted in their scope due to the difficulty of capturing shape deformations of microbubbles in a stable and controllable manner. We describe the design of an acoustic levitation chamber for the study of symmetry-controlled nonspherical oscillations. Such control is performed by using a coalescence technique between two approaching bubbles in a sufficiently intense ultrasound field. The control of nonspherical oscillations opens the way to a controlled cavitation microstreaming of a free surface-oscillating microbubble. High-frame rate cameras allow investigating quasi-simultaneously the nonspherical bubble dynamics at the acoustic timescale and the liquid flow at a lower timescale. It is shown that a large variety of fluid patterns may be obtained and that they are correlated to the modal content of the bubble interface. We demonstrate that even the high-order shape modes can create large-distance fluid patterns if the interface dynamics contain several modes, highlighting the potential of nonspherical oscillations for targeted and localized drug delivery.

A fast and reliable technique is proposed to control the shape oscillations of a single, trapped acoustic bubble that is based on coalescence technique between two bubbles. The steady-state, symmetry-controlled bubble shape oscillations allow analysis of the fluid flow generated in the vicinity of the bubble interface.

تحريض التدفق الدقيق بواسطة تذبذبات الفقاعات غير الكروية في نظام الرفع الصوتي

When located near biological barriers, oscillating microbubbles may increase cell membrane permeability, allowing for drug and gene internalization. ...