利用粒子追踪测速法探索He II中的热反向流

利用PIV（粒子图像测速）和PTV（粒子追踪测速）可视化He II中的热反向流是困难的，因为示踪粒子运动可能同时受He II的正常流体和超流体分量以及量子化涡旋缠结的影响。例如，早期PTV实验观察到粒子以正常流体速度$v_n$运动，而PIV实验观察到粒子以$v_n/2$运动，尽管这些实验施加的热通量范围相差一个数量级。为解决这一明显差异并探索热反向流中粒子运动的统计特性，我们将PTV应用于多种热通量和若干流体温度。我们引入一种方案，将 presumed 随正常流体运动的粒子速度与 presumed 受涡旋缠结影响的粒子速度分开分析。我们的结果显示，在较低热通量下，流向粒子速度PDF（概率密度函数）有两个明显峰，一个以正常流体速度$v_n$为中心（“G2”），另一个靠近$v_n/2$（“G1”）。较高热通量下则只有一个以靠近$v_n/2$为中心的峰（“G3”）。利用我们的分离方案，显示贡献于G1和G2的粒子尺寸无差异。我们还显示横向速度PDF的非经典特征完全来自G1，而G2的相应PDF呈经典高斯形式。G2横向速度涨落，加上衰减反向流中的第二声衰减，表明正常流体中的大尺度湍流不存在于双峰区域。我们简要讨论了可能导致我们观察结果的物理机制，揭示G1速度涨落可能与涡线速度涨落有关，并建议可用数值模拟详细揭示 underlying 物理。