短圆柱内环流的数值与实验研究
流体动力学
2009-11-10 v1 天体物理学
计算物理
摘要
为准备液态金属中磁旋转不稳定性（MRI）的实验研究，我们探究了高度与圆柱间隙相当、离心稳定旋转且高雷诺数的库埃特流。将水中的实验与数值模拟进行比较。模拟表明，随外圆柱共转的端盖驱动了强烈的极向环流，重新分配角动量。预测的方位角流动剖面与实验测量吻合良好。自旋下降时间随雷诺数的标度关系符合层流埃克曼环流的预期；从 的二维模拟外推与 的实验异常吻合。这表明湍流并未主导有效黏度。进一步细致数值研究揭示了近两端盖处强烈的径向向内流动。沿内圆柱转向垂直后，这些流动在中平面汇聚并以径向射流离开边界。为在 MRI 实验中最小化此环流，提出了由多个差速旋转环组成的端盖。模拟预测，用少数环即可获得对理想库埃特剖面的充分近似。
引用
@article{arxiv.physics/0405123,
title = {Numerical and Experimental Investigation of Circulation in Short Cylinders},
author = {Akira Kageyama and Hantao Ji and Jeremy Goodman and Fei Chen and Ethan Shoshan},
journal= {arXiv preprint arXiv:physics/0405123},
year = {2009}
}