旋转对环形浅液池热毛细对流稳定性影响的实验研究

摘要

为了了解环形池旋转对热毛细对流的影响，采用阴影法观察了外半径Ro=40mm、内半径Ri=20mm、液层深度H=1mm、沿顺时针方向旋转的环形池内硅油热毛细对流的特征。测量了两种硅油在不同转速下发生热流体波的临界温差，观察了旋转对热流体波的影响，结果发现：对0.65cSt的硅油，当转速低于3rpm时，环形池内分布着周向传播方向相反的两组热流体波；当3rpm≤n≤6rpm时只有一组沿顺时针方向传播的波；当n≥7rpm时靠近内环附近产生另一组沿逆时针方向传播的波。对1cSt的硅油，在略低于临界温差时靠近外环附近会出现多圈同心圆结构的静止波纹；超过临界温差较小时热流体波沿逆时针方向传播，随着温差的增加部分或全部转变为沿顺时针方向传播的波。究其原因，热流体波的周向传播方向与波的周向传播速度和热毛细对流周向速度的相对大小有关：当波的传播速度小于热毛细对流周向速度时，热流体波的周向传播方向与液池的旋转方向相反；反之，则相同。而波的传播速度与内外环间所施加的温差有关。