The stratorotational instability of Taylor-Couette flows with moderate Reynolds numbers
The stratorotational instability of Taylor-Couette flows with moderate Reynolds numbers
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中等雷诺数泰勒-库埃特流的平转不稳定性
DOI：
10.1080/03091929.2017.1382487
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发表时间：
2017
影响因子：
1.3
通讯作者：
U. Harlander
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
G. Rüdiger;T. Seelig;M. Schultz;M. Gellert;C. Egbers;U. Harlander
根据新的实验数据，考虑了具有轴向密度分层的Taylor-Couette流对绝热非轴对称扰动的不稳定性与旋转Reynolds数（）和分层的Brunt-Väisälä数（Rn）的关系。在瑞利极限和超出瑞利极限的流动在雷诺数下限和上限之间变得不稳定（对于固定的Rn）。因此，对于平流旋转不稳定性来说，旋转可能太慢或太快。在雷诺数上限以上，不稳定性衰减，有其最大值的位流（驱动的圆柱体旋转根据瑞利极限），并强烈降低为平坦的旋转剖面，最终只留下孤立的岛屿不稳定性（）地图。最大可能的旋转比仅略微超过具有常数的准均匀流的剪切值。在中性稳定线的沿着和线间，所有转动律在瑞利极限以外的不稳定模式的波数主要由Froude数决定，Froude数由与Rn之比定义。该单元是高度扁长的，因此对于轴向约束的容器，对于太高的雷诺数的测量变得困难。不稳定模式的方位角迁移略快于外圆筒旋转。
In view of new experimental data the instability against adiabatic nonaxisymmetric perturbations of a Taylor-Couette flow with an axial density stratification is considered in dependence of the Reynolds number () of rotation and the Brunt-Väisälä number (Rn) of the stratification. The flows at and beyond the Rayleigh limit become unstable between a lower and an upper Reynolds number (for fixedRn). The rotation can thus be too slow or too fast for the stratorotational instability. The upper Reynolds number above which the instability decays, has its maximum value for the potential flow (driven by cylinders rotating according to the Rayleigh limit) and decreases strongly for flatter rotation profiles finally leaving only isolated islands of instability in the () map. The maximal possible rotation ratioonly slightly exceeds the shear value of the quasi-uniform flow withconst. Along and between the lines of neutral stability the wave numbers of the instability patterns for all rotation laws beyond the Rayleigh limit are mainly determined by the Froude numberwhich is defined by the ratio betweenandRn. The cells are highly prolate forso that measurements for too high Reynolds numbers become difficult for axially bounded containers. The instability patterns migrate azimuthally slightly faster than the outer cylinder rotates.
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