Особенности квазиустойчивого ламинарного течения Не II и дополнительный диссипативный процесс

Abstract

Проведены экспериментальные исследования квазиустойчивое ламинарного течения Не II, находящегося при температуре 140 мК. Течение жидкости возбуждалось с помощью колеблющегося кварцевого камертона с резонансной частотой около 24 кГц. Обнаружено, что при скоростях колебания камертона от 0,046 до 0,16 м/с течение Не II может быть как квазиустойчивым ламинарным, так и турбулентным. Наблюдались переходы между режимами течения. Чем быстрее увеличивается скорость колебаний камертона, тем больше скорость квазиустойчивого течения, при которой наступает его неустойчивость и происходит переход к турбулентному течению. Проанализированы механизмы диссипации энергии колеблющихся ножек камертона при квазиустойчивом ламинарном режиме течения. Установлено, что имеется дополнительный по сравнению с механизмом, обусловленным внутренним трением в кварце, механизм диссипации энергии колеблющегося камертона. Этот механизм связан с силой взаимного трения, обусловленной рассеянием тепловых возбуждений Не II на квантованных вихрях, и приводит к кубической зависимости возбуждающей силы от скорости жидкости.

Проведено експериментальні дослідження квазістійкого ламінарного плину Не II, що перебуває при температурі 140 мК. Плин рідини збуджувався за допомогою коливного кварцового камертона з резонансною частотою близько 24 кГц. Виявлено, що при швидкостях коливання камертона від 0,046 до 0,18 м/с, плин Не II може бути як квазістійким ламінарним, так і турбулентним. Спостерігалися переходи між режимами плину. Ніж швидше збільшується швидкість коливань камертона, тим більше швидкість квазістійкого плину, при якій наступає його нестійкість і відбувається перехід до турбулентного плину. Проаналізовано механізми дисипації енергії коливних ніжок камертона при квазістійкому ламінарному режимі плину. Установлено, що є додатковий, у порівнянні з механізмом, обумовленим внутрішнім тертям у кварці, механізм дисипації енергії коливного камертона. Цей механізм пов’язаний із силою взаємного тертя, обумовленої розсіюванням теплових збуджень Не II на квантованих вихорах, приводить до кубічної залежності збуджуючої сили від швидкості рідини.

Experimental study is carried out of quasi-laminar flow in He II at 140 mK. Fluid flow was excited by a vibrating quartz tuning fork with a resonance frequency of about 24 kHz. It was found that at velocities of the tuning fork oscillations from 0.046 till 0.18 m/s. the flow of He II can be both quasi-stable laminar and turbulent. Transitions between the flow regimes were observed. The faster is increase of the velocity of vibrations of a tuning fork, the higher is the velocity at which the instability of quasi-stable flow appears and the flow instability occurs resulting into the transition to turbulent flow. The mechanisms are analyzed of energy dissipation of vibrating fork tines in the quasistable laminar flow. It is established that there is an additional, compared with that caused by internal friction in the quartz, the mechanism of energy dissipation of the oscillating fork. This mechanism is associated with the mutual friction caused by the scattering of thermal excitations of He II on the quantized vortices leading to a cubic dependence of the exciting force of the fluid velocity.