Физика Низких Температур: Том 46, Выпуск 10 (Октябрь 2020), c. 1147-1154    ( к оглавлению , назад )

Критическая скорость перехода к турбулентности в жидких растворах 3Не–4Не

В. А. Вракина1, Э. Я. Рудавский1, С. С. Соколов1, В. К. Чаговец1,2, .Г. А. Шешин1, Т. В. Чаговец3

1Физико-технический институт низких температур им. Б. И. Веркина Национальной академии наук Украины, Харьков, 61103, Украина

2Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина, Харьков, 61022, Украина

3Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences, Prague 18221, Czech Republic
E-mail: chagovets@ilt.kharkov.ua

Статья поступила в редакцию 19 мая 2020 г., опубликована онлайн 21 августа 2020 г.

Анотация

Изучен переход между ламинарным и турбулентным потоками вокруг кварцевого камертона, колеблющегося с частотой ω в сверхтекучем 4Не и концентрированных растворах (5 и 15% 3Не в 4Не) в области температур 0,3–2,3 К. Получены температурные зависимости амплитуды критической скорости νcr перехода и показано, что для описания этих зависимостей в концентрированных растворах 3Не в 4Не с плотностью ρ и вязкостью η может быть использовано соотношение νcr~√(ηω/ρ), но для температурной зависимости νcr в чистом 4Не это соотношение не выполняется во всем исследованном температурном интервале. Показано также, что в концентрированных растворах 3Не–4Не, в отличие от чистого 4Не, температура практически не оказывает влияния на значение коэффициента сопротивления потоку как в ламинарном, так и турбулентном режимах. В области температур 0,5–1 К построены концентрационные зависимости коэффициента сопротивления потоку в ламинарном режиме, нормированного на эффективную площадь сечения колеблющегося тела. Полученные расчетные зависимости показали, что в области малых концентраций раствора с x3 ˂ 1% 3Не нормированный коэффициент сопротивления слабо зависит от концентрации 3Не и качественно может быть описан соотношением λ / S ~√(ρηω). В области концентраций с x3 > 1% 3Не этот коэффициент резко возрастает, и причина такого роста в настоящее время не понятна. В целом результаты исследования показывают, что увеличение концентрации 3Не в растворе приводит к повышению его устойчивости по отношению к возникновению турбулентности при росте возбуждающей силы кварцевого камертона.

Анотація

Вивчено перехід між ламінарним і турбулентним потоками навколо кварцового камертона, що коливається у надплинному 4Не і концентрованих розчинах (5 і 15% 3Не в 4Не) з частотою ω в інтервалі температур 0,3–2,3 К. Отримано температурні залежності амплітуди критичної швидкості vcr переходу і показано, що для опису цих залежностей в концентрованих розчинах 3Не в 4Не з в’язкістю η та густиною ρ може бути використано співвідношення νcr~√(ηω/ρ) з одним підгінним параметром, але для температурної залежності vcr в чистому 4Не це співвідношення не виконується. Показано також, що в концентрованих розчинах 3Не–4Не, на відміну від чистого 4Не, температура практично не впливає на значення коефіцієнта опору потоку як в ламінарному, так і турбулентному режимах. В області температур 0,5–1 К побудовані концентраційні залежності коефіцієнта опору потоку в ламінарному режимі, нормованого на ефективну площу поперечного перерізу, що коливається. Розрахункові залежності, які отримано, показали, що в області малих концентрацій розчину, з x3 < 1% 3Не, нормований коефіцієнт слабко залежить від концентрації 3Не і якісно може бути описаний співвідношенням λ / S ~√(ρηω). У діапазоні концентрацій з x3 > 1% 3Не коефіцієнт різко зростає і причина такого зростання в даний час не з’ясована. В цілому результати дослідження показують, що збільшення концентрації 3Не в розчині приводить до збільшення його стійкості по відношенню до виникнення турбулентності зі зростанням сили збудження кварцового камертона.

Ключевые слова: сверхтекучие растворы 3Не в 4Не, кварцевый камертон, турбулентность, критическая скорость.