Капиллярная турбулентность на поверхности жидкого водорода

• Автор: Бражников, Максим Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 69 с. : ил.

Общая характеристика работы

Предисловие

1 Введение. Основные представления о предмете исследований

1.1 Капиллярные волны на заряженной поверхности жидкости

1.2 Волновая турбулентность

1.3 Свойства жидкого водорода

2 Экспериментальная методика

2.1 Экспериментальная установка

2.2 Методика регистрация волн

3 Стационарные спектры капиллярной турбулентности

3.1 Влияние вида накачки на частотную зависимость корреляционной функции
3.2 Зависимость граничной частоты инерционного интервала от
амплитуды волны на частоте накачки
3.3 Обсуждение результатов
^ 4 Нестационарные турбулентные процессы
4.1 Распад турбулентного каскада капиллярных волн

4.2 Подавление высокочастотных турбулентных осцилляций до11 полнительной низкочастотной накачкой
4.3 Обсуждение результатов
Заключения и выводы
Литература

Общая, характеристика работы
Объект исследования и актуальность темы. В представленной диссертации экспериментально изучены турбулентные явления на поверхности жидкости. Высоковозбуждённое состояние системы со многими степенями свободы, в котором имеется направленный поток энергии, называется турбулентным. Нелинейное взаимодействие приводит к перераспределению энергии между степенями свободы в системе. К важнейшим системам, в которых турбулентное движение играет определяющую роль, относятся ветровые волны на поверхности океана [2] и крупномасштабные планетарные вихри в атмосфере Земли [3]. Взаимодействие этих двух мощных нелинейных систем в основном определяет погоду. Кроме того, понимание особенностей нелинейного и турбулентного переноса энергии и импульса в классических и квантовых системах представляет большой интерес как для фундаментальной физики, так и с точки зрения многочисленных практических приложений [5-11].
Между тем, экспериментальные возможности по изучению таких систем весьма ограничены. До настоящего времени не было получено надёжных экспериментальных данных даже о качественном характере нестационарных турбулентных явлений. Получение надежной и достоверной информации о турбулентности в различных системах является актуальной и практически важной задачей современной физики.
Система взаимодействующих капиллярных волн на поверхности жидключали, при этом интенсивность накачки на другой (основной) частоте оставалась неизменной. В измерениях второго типа волны на поверхности жидкости первоначально возбуждали на одной из резонансных частот ячейки, а затем включали дополнительную накачку на другой резонансной частоте. Таким образом, в обоих случаях изучали переходный процесс в турбулентной системе капиллярных волн после выключения или включения дополнительной накачки.
Стационарные спектры установившихся колебаний поверхности жидкого водорода до и после выключения дополнительной накачки приведены на рис. 4.5: а — накачка одновременно на двух резонансных частотах ячейки, основной о>2/27г = 274 Гц и дополнительной ш/2тт — 61 Гц; б — установившееся распределение после выключения накачки на частоте ш. Нужно отметить, что в данных измерениях энергия волны Еи1 ос ш^г)Ш12 на частоте и> на порядок меньше энергии волны ЕШ2 на частоте и>2, поэтому спектр колебаний на рис. 4.5а можно рассматривать, как спектр капиллярной турбулентности, порожденный основной гармонической накачкой на частоте üJ2/2tt = 274 Гц и возмущенный дополнительной накачкой на частоте и)і/2тг = 61 Гц. Поэтому в окрестности относительно высоких пиков на частотах, кратных о>2, расположены относительно низкие пики на комбинационных частотах, отстоящих по обе стороны от гармоник основной частоты на частоту, равную сщ.
Распределение на рис. 4.56' представляет собой стационарный спектр капиллярной турбулентности при накачке гармонической силой на частоте и>2~- с повышением частоты амплитуда пиков на частотах, кратных и>2, убывает по степенному закону. Видно, что при накачке на одной частоте