Исследование поведения границы раздела двух жидкостей при круговых вибрациях в зависимости от высоты полости

А.А. Иванова, С.И. Ташкинов  (Пермь)

Экспериментально исследуется осредненная динамика границы раздела двух несмешивающихся жидкостей в горизонтальном слое с круговой боковой границей, совершающем высокочастотные круговые вибрации в своей плоскости. Изучаются эффекты, обнаруженные экспериментально в [1]: осредненное вращение жидкости в направлении движения полости и пороговое возбуждение квазистационарного пространственного рельефа на границе раздела. Несмотря на то, что осредненные эффекты проявляются независимо, они оказывают влияние друг на друга, рельеф появляется на фоне вращения жидкости. В [2] теоретически показано, что возникновение рельефа вызвано неустойчивостью Кельвина–Гельмгольца.

Эксперименты проводятся в постановке [1] с парой жидкостей флуоринерт – масло касторовое; жидкости заполняют кювету в равных объемах. Используется метод фото- и видео - регистрации границы раздела в стробоскопическом освещении с последующей обработкой видеоматериала. Вертикальный размер полости (толщина слоя) варьируется, что приводит к изменению безразмерного параметра, характеризующего отношение размера полости к периоду рельефа. Опыты показывают, что для данной пары жидкостей порог возникновения рельефа определяется амплитудой вибрационной скорости и практически не зависит от толщины слоя, чего нельзя сказать о форме рельефа и интенсивности осредненного движения жидкости. При уменьшении толщины слоя скорость осредненного движения снижается. Независимо от толщины слоя рельеф возникает и при малой надкритичности существует только в центральной части полости. С увеличением интенсивности вибраций рельеф распространяется на всю поверхность раздела, его период уменьшается. Интенсивность движения жидкости в отсутствие рельефа прямо пропорциональна пульсационному числу Рейнольдса.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 00-01-00416 а и № 02-01-06529 мас).

 

1. Иванова А.А., Козлов В.Г., Ташкинов С.И. Динамика границы несмешивающихся жидкостей при поляризованных по кругу вибрациях (эксперимент) // Изв. РАН. МЖГ. 2001. № 6. С. 21–30.

2. Черепанов А.А., Шипулин Д.В. Поведение границы раздела жидкостей в вибрационном поле, поляризованном по кругу // Конвекция в системах несмешивающихся жидкостей. Екатеринбург: УрО РАН, 1999. С. 134–154.