Синергетика для инженеров. Никитенков Н.Н - 121 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

119
Бенара и т.д.).
В эксперименте Тейлора изучается движение жидкости в промежутке
между двумя коаксиальными цилиндрами. Внутренний цилиндр вращается,
а наружный закрепляется неподвижно. Стенки внешнего цилиндра сделаны
из прозрачного материала, чтобы можно было непосредственно наблюдать
возникающие структуры. При малых скоростях вращения жидкость
образует коаксиальные линии тока. Это вполне понятно, так как
внутренний цилиндр увлекает за собой жидкость за счет трения между
поверхностью цилиндра и жидкостью. При возрастании скорости (обычно
измеряемой в безразмерных числах Тейлора) движение жидкости образует
стационарные структуры – так называемые вихри Тейлора, в которых
жидкость периодически движется то наружу, то
внутрь в горизонтальных слоях (рис. 3.28). Вихри
имеют регулярную чередующуюся структуру с
правым и левым вращением и с осями,
параллельными направлению скорости вращения
внутреннего цилиндра.
Когда скорость вращения цилиндра возрастает
до второго критического значения, вихри Тейлора
начинают осциллировать с одной основной
частотой, а при еще более высоких значениях – с
двумя основными частотами. Иногда наблюдаются
еще более сложные структуры. Наконец, при
дальнейшем увеличении числа Тейлора наступает
хаотическое движение жидкости.
Измерить скорость жидкости так, чтобы не
исказить ее течение – достаточно непростое дело. Технически это стало
возможным после изобретения лазера. Волна, отражающаяся от
движущегося объекта, в соответствии с эффектом Доплера, изменяет свою
частоту. Измерив сдвиг частоты отраженного от движущейся жидкости
излучения лазера, можно определить ее скорость. Иерархия
неустойчивостей, возникающих при увеличении скорости вращения
жидкости, показана на фотографиях рис. 3.29. Некоторые особенности,
присущие образованию вихрей Тейлора, характерны для
самоорганизующихся систем. Когда изменяется управляющий параметр
(скорость вращения), система может образовывать иерархию структур, не
обусловленную внешними воздействиями. Кроме того, структуры могут
Рис. 3.29
.
Иерархия неустойчивостей в вихрях Тейлора: а –
образование вихрей
Тейлора; б – появление волн на вихрях Тейлора; в –
более сложное волновое движение
на вихрях Тейлора; г – хаотическое движение на вихрях Тейлора.
Рис.
3.28. Вихри
Тейлора

Страницы