磁化球形库埃特流实验中的纬向剪切与超旋转

我们展示了在充满液态钠的球壳中进行的测量，其中半径为 74 毫米的内球旋转，而半径为 210 毫米的外球静止。内球持有一个偶极磁场，并在旋转时充当磁力推进器。在这个名为 DTS 的实验装置中，通过超声多普勒测速仪直接测量速度。还测量了电势差和感应磁场，以表征磁流体动力学流动。内球的旋转频率在 -30 Hz 到 +30 Hz 之间变化，基于测量的钠速度和球壳半径的磁雷诺数达到约 33。我们研究了流动的平均轴对称部分，它由差分旋转组成。直接测量到流体相对于旋转内球的强烈超旋转。发现平均流动的组织在我们实验覆盖的整个参数范围内变化不大。纬向速度的直接测量很好地说明了在内球附近磁力主导惯性力的区域中费拉罗等转定律。从内部区域的费拉罗 regime 到外部区域惯性力主导的地转 regime 的转变已被充分记录。它发生在局部埃尔萨瑟数约为 1 的地方。当保持相同的埃尔萨瑟数时，与非线性数值模拟获得了定量一致。实验还揭示了一个恰好位于内球上方违反费拉罗定律的区域。