Фазовая турбулентность

В главе 5 описаны режимы конвекции, которые возникают в разных областях пространства параметров. В частности, рассмотрены явления фазовой турбулентности и хаоса спиральных дефектов. [c.10]

Работа [186] проясняет еще один момент, важный для понимания фазовой турбулентности. Мы видим, что это явление существенно зависит от наличия боковых стенок, из-за которых средний поток оказывается локализованным в некоторой ограниченной области. Чем меньше (до некоторого предела) аспектное отношение этой области, тем больше градиенты скорости и тем сложнее совместная динамика валов и среднего дрейфа. Боковые стенки не дают дефектам и неравновесным фрагментам структуры — где конфигурация валов не согласована со средним [c.112]

Роль переползания дислокаций в перестройке волнового числа валиковой структуры исследовалась также в эксперименте с воздухом [182] отмечено также, что скольжение дислокаций может вести к возникновению фазовой турбулентности. [c.154]

Именно с целью изучения поведения пространственной структуры конвекции — как при выходе на стационарные режимы, так и при наличии фазовой турбулентности — Голлаб с соавторами предприняли экспериментальную работу [148], в которой рабочей жидкостью служила вода вблизи 70° С она имеет Р — 2,5, что лежит в диапазоне значений Р для жидкого гелия. Использовался прямоугольный резервуар, имеющий в плане размеры 20/ix 30/i. Выяснилось, что при R < 5R э1 олюция к стационарному состоянию выглядит как постепенное устранение дефектов и переход к сравнительно простой текстуре плавно изгибающихся валов, которые подходят к боковым стенкам под прямым углом (рис. 19, а). Процесс этот может тянуться сотни часов, что на четыре порядка превышает Ту и на порядок — гь. И тем не менее, этого не всегда достаточно для достижения стационарного режима. (Заметим, что, по оценке Кросса и Ньюэлла [66], время таких процессов установления > Ггь.) Начиная ей 5R , появляются заметно более медленные процессы, установления не происходит, и непрерывная запись скорости течения в фиксированной точке дает картину широкополосного шума с главным спектральным максимумом на нулевой частоте. В пространственной структуре возникают, движутся, взаимодействуют и исчезают дефекты. Характерной чертой являются перетяжки валов. При R > 9R в спёктре имеется еще один пик — вблизи 0,05 Гц, который связан с колебаниями валов. [c.106]

Эксперименты Пошо и его соавторов с аргоном при комнатной температуре Р 0,7) в круглом резервуаре с Г = 7,66 [179-181] (см. также [161]) также продемонстрировали топологические изменения валиковой структуры при нестационарной конвекции и, кроме того, выявили весьма сложный характер смены режимов. При е < 0,126 наблюдались стационарные картины слегка изогнутых валов с двумя сингулярностями типа фокуса на внешней стенке ( текстуры Пан Ам типа тех, что показаны на рис. 19, б, и 28, а). При больших е течение нестационарно (рис. 28). Временами в центральной части картины возникает перетяжка какой-либо пары валов, порождающая две дислокации (рис. 28,5), которые, расходясь, переползают к боковым стенкам (рис. 28, в), а затем скользят к фокусам (рис. 28, г) и исчезают. В фокусах генерируются новые валы, и картина восстанавливается. При 0,126 < < 0,175 процесс периодичен, причем в этом интервале в зависимости от могут наблюдаться пять сценариев эволюции. В общих чертах все они следуют описанной схеме. При 0,175 < < 0,346 возникают топологически разнообразные структуры, поведение их хаотично — наблюдается фазовая турбулентность, [c.107]

Эксперименты с воздухом [182] показали, что если отношение горизонтальных размеров прямоугольной полости лежит в пределах от 0,5 до 1, то возможна фазовая турбулентность, связанная со скольжением дислокаций. Этот процесс возникает при значениях К, примерно соответствующих порогу косоварикозной неустойчивости (см. п. 6.3.1), которая Ифает важную роль в ха-отизации картины. [c.110]

В дальнейшем была показана [186] и экспериментально, и теоретически — путем решения уравнений КН — возможность стабилизации течения с помошью боковых стенок полости, проницаемых для среднего потока. Если окружить круглый резервуар кольцевой областью, где конвекция тем или иным способом подавлена, но куда свободно проникает крупномасштабный поток, то поток этот, распределенный на большую площадь, уже не будет создавать опасное поджатие валов в центре резервуара. В экспериментальной части работы конвекция во внешней области подавлялась тонкой горизонтальной кольцевой пластинкой, которая делила слой на два конвективно устойчивых подслоя. В результате стационарные режимы оставались достижимыми вплоть до = 1,2, а фазовая турбулентность впервые обнаруживалась лишь при = 1,5. [c.112]

Как становится ясным из сказанного, средний дрейф играет принципиальную роль в явлении фазовой турбулентности, которое в первую очередь определяется взаимодействием фазовой диффузии и среднего дрейфа. Кроме того, трудно сомневаться в том, что присутствует и другая важная составная часть этого явления — стремление конвективных валов к оптимальному пространственному масштабу (оптимальному волновому числу). Оно будет подробно рассмотрено в гл. 6. К этому следует добавить, что средний дрейф является агентом взаимодействия процессов, происходящих в разных частях поля течения. Поэтому оптимизация структуры течения в одном участке может потребовать ее деоптимизации в другом. [c.112]

Довольно очевидно, что в случае хаоса спиральных дефектов динамика невариационна, как и при фазовой турбулентности. Путем конечноразностных численных экспериментов Кси с соавторами [194-196] исследовали роль двух известных источников невариационности — среднего потока и отклонений от буссинесковых условий — в формировании спиральных структур. Вычисления были основаны на системе уравнений (3.52)-(3.54), обобщающей уравнение Свифта—Хоэнберга, и граничных условиях (3.55), (3.56). Чтобы на качественном уровне достичь наилучше-го согласия модели с экспериментальными данными о режимах, авторы получили из исходных уравнений трехмодовую систему амплитудных уравнений вида (3.25). Путем сравнения с экспериментальными данными работы [114] был получен коэффициент пропорциональности, который связывает фигурирующий в уравнениях параметр е с приведенным числом Рэлея и другими параметрами уравнений. Чтобы смоделировать пристеночное вынуждение, /(х) полагали ненулевым в ближайших к границе узлах сетки и нулевым внутри области течения. [c.117]

Мы видели, что при достаточно больших Р стационарная валиковая конвекция наблюдается вплоть до Д ЮДс- Не вполне стационарными валиковые течения могут быть и при больших числах Рэлея (например, в экспериментах Голлаба и Мак-Карриара [167] даже при довольно малом Р = 2,5 течение было в основном двумерным до Д 40Ес). В довольно широком диапазоне параметров течения с фазовой турбулентностью являются квазистационарными по отнощению к характерному времени оборота жидкости в валах. Дефекты лишь локально нарушают двумерность. Чем больше Е, тем больше естественный разброс значений локальных волновых чисел, измеряемый шириной максимума распределения /(/г) (см. рис. 27). [c.123]

Напротив, на косоварикозную моду дрейф действует деста-билизирующе. Анализ на основе уравнений (3.90)-(3.92) показал [67], что при развитии КВ неустойчивости средний дрейф создает положительную обратную связь вызванный деформацией валов, он усиливает ее, создает перетяжки и в конечном счете может вызвать пересоедине-ние линий постоянной фазы и рождение пар дислокаций. Поэтому КВ неустойчивость играет существенную роль в возникновении фазовой турбулентности (см. разд. 5.2). Длинноволновые границы баллона Буссе , пороговые для Э, 33 и КВ мод неустойчивости, очень хорошо воспроизводятся при исследовании с помощью указанных уравнений [67], причем удается получить явные выражения для инкрементов и форму наиболее опасных возмущений. [c.139]

Вообще говоря, для полного установления структуры могут понадобиться очень большие времена, > Ггь [66]. При некоторых условиях (малые Р, малые е, большие Г и, видимо, преимущественно круглые резервуары) стационарное состояние, по всей видимости, может и не достигаться вовсе вместо исчезающих дефектов появляются новые, которые, в свою очередь, в конечном счете тоже исчезают. Наблюдается фазовая турбулентность, и ее возможность, очевидно, тесно связана с условиями равновесия текстур. Чем сложнее текстура, тем более жесткими должны быть условия ее стационарности. Разные части текстуры могут быть в разной степени близки к оптимальному состоянию и в разной степени устойчивы, оптимизация одних фрагментов может происходить за счет деопти- [c.189]

Если предметом изучения являются валиковые текстуры, то оказывается, что средний дрейф вносит существенные дополнительные усложнения. Мы видели, что эта составляющая течения ответственна за постоянно присутствующую динамику, наблюдаемую в определенных диапазонах параметров, — фазовую турбулентность и хаос спиральных дефектов. Постоянно присутствующая нестационарность выглядит как состояние конвективной структуры, обусловленное невозможностью одновременного достижения во всей структуре оптимального волнового числа валов и баланса между фазовой диффузией и средним дрейфом (вообще говоря, оптимальное волновое число не обязательно обеспечивает такой баланс). Средний дрейф является агентом, связывающим разные части структуры, и одни из них могут приближаться к оптимуму за счет деоптимизации других. В результате стационарные состояния оказываются недостижимыми. Такие эффекты сильно зависят от граничных [c.217]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология