Structure of quantized vortices in turbulence driven by two-fluid flow

双流体驱动湍流中的量子化涡结构

基本信息

批准号：
22K03531
负责人：
矢野英雄
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Osaka Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03531/
关键词：
低温物性超流体二流体流れ場量子渦量子乱流超流動ヘリウム

项目摘要

本研究は、超流動ヘリウムの超流動と常流動の二流体流れ場で発生する乱流について、量子渦の観測からその渦構造を研究する。最近の我々の研究から、振動物体が駆動する流れ場で量子乱流が発生すると量子渦輪を放出することを明らかにし、量子渦輪を実験的に検出する方法を確立した。これらの研究成果をもとに、二流体流れ場で発生する乱流を、放出する渦輪の検出によって明らかにする。これまでの研究実績は以下のとおりである。１．細管でつないだ二つの層を超流動ヘリウムで満たし、片方の層から細管に沿って熱を流すことで細管内に二流体流れ場を駆動する。熱流による流れ場の制御で、臨界速度以上で乱流が発生する。細管内径より十分細い量子渦輪検出器を細管端のすぐ外側に置き、量子渦輪の検出を行った。臨界速度以上の流れ場で量子渦輪を検出することに成功し、二流体流れ場の乱流から量子渦輪が放出されることを明らかにした。２．乱流発生から量子渦輪検出までの時間を測定したところ検出時間は広く分布し、その統計則は指数分布を示すことを明らかにした。この結果は、乱流から放出される量子渦輪が時間もしくは方向に対しランダムに運動することを示している。これは我々がこれまでに明らかにした振動物体が生成する乱流と同様の現象であることを確認した。３．流れ場の速度上昇にともない、量子渦輪の平均検出頻度が上昇する。この結果は、流路中に発生する乱流の量子渦密度の上昇を示唆する。これは、過去に行われた第２音波による量子渦密度上昇の研究結果と一致する。４．量子渦輪の平均検出密度は、ある速度を境に急上昇することを見出した。過去に行われた量子渦密度上昇の研究結果との対応から、流路内の乱流がその速度で変化するためと考察される。

这项研究研究了量子涡流中超流体氦和正常流动流动流场产生的湍流。我们最近的研究表明，量子湍流发生在由振动物体驱动的流场中，发出了量子涡流环，我们已经建立了一种实验检测量子涡流环的方法。基于这些研究结果，我们将通过检测排放通风孔的涡旋环来阐明在两流体流场中产生的湍流。我们过去的研究结果如下：1。通过管子连接的两层充满了超流体氦气，并将热量从一层沿着管道流动，以将两流体流场驱动到管中。由于控制场的控制，湍流在高于临界速度的温度下发生。将量子涡流检测器比管的内径窄得多，该检测器被放置在管子的末端，并检测到量子涡流环。我们已经成功地检测到临界速度上方的流场处的量子涡流环，并揭示了量子涡流环是从两流体流场中的湍流发出的。 2。当测量湍流产生和量子涡流环检测之间的时间时，发现检测时间被广泛分布，并且统计定律表明指数分布。该结果表明，从湍流发出的量子涡流环相对于时间或方向随机移动。这是一种类似于我们先前揭示的振动物体产生的湍流的现象。 3。随着流场的速度增加，量子涡流环的平均检测频率增加。该结果表明，流动路径中发生的湍流的量子涡流密度增加。这与先前关于第二个声波引起的量子涡密度增加的研究一致。 4。我们发现，量子涡流环的平均检测到以一定速度急剧上升。基于先前对量子涡流密度的研究结果，人们认为流动路径内的湍流在其速度下发生变化。