Особенности перехода к турбулентности в сверхтекучем ⁴Не при низких температурах - Шешин, Г.А.; Задорожко, А.А.; Рудавский, Э.Я.; Чаговец, В.К.; Скрбек, Л.; Блажкова, М. (Физика низких температур, 2008)
Проведено экспериментальное исследование кинетических и диссипативных процессов в Не II с
помощью колеблющегося пьезокварцевого резонатора (камертона), погруженного в жидкость. Измерялся
электрический отклик камертона вблизи его резонансной частоты при различных возбуждающих
напряжениях в области температур от 0,1 К до 4,2 К. Измеренные значения полуширины резонансных
кривых позволили определить вязкость нормальной компоненты Не II в широкой области
температур. Обнаружен максимум эффективной вязкости при температуре ~ 0,5 К, который связан с
переходом от гидродинамического режима к баллистическому режиму в фононном газе Не II. Установлено,
что при малых скоростях колебаний камертона наблюдается линейная зависимость скорости
колебания от возбуждающей силы, что соответствует ламинарному течению жидкости в пограничном
слое вблизи колеблющейся поверхности. При этом основной диссипативный процесс связан с вязкостью
нормальной компоненты. Оценена толщина пограничного слоя вблизи поверхности колеблющегося
камертона. При больших скоростях колебания камертона были обнаружены изломы на зависимости
электрического отклика от возбуждающего напряжения, свидетельствующие о переходе к
нелинейному характеру течения. При низких температурах этот режим сопровождался появлением на
резонансных кривых плоских участков вблизи максимума. Такое поведение можно объяснить переходом
от ламинарного к турбулентному течению жидкости, что также сопровождается появлением дополнительной
диссипации, связанной с рождением квантованных вихрей. Определена критическая
скорость перехода к турбулентному режиму, температурная зависимость которой качественно согласуется
с измерениями, проведенными ранее с колеблющимися телами другой формы. Проведено експериментальне дослідження кінетичних і дисипативних процесів у Не II за допомогою
п’єзокварцевого резонатора (камертона), зануреного в рідину, який коливається. Обміряно
електричний відгук камертона поблизу його резонансної частоти при різних збуджуючих напругах в
області температур від 0,1 К до 4,2 К. Обміряні значення напівширини резонансних кривих дозволили
визначити в’язкість нормальної компоненти Не II у широкій області температур. Виявлено максимум
ефективної в’язкості при температурі ~ 0,5 К, що пов’язаний з переходом від гідродинамічного режиму
до балістичного режиму у фононному газі Не II. Встановлено, що при малих швидкостях коливань
камертона спостерігається лінійна залежність швидкості коливання від збуджуючої сили, що відпов
ідає ламінарному плину рідини в прикордонному шарі поблизу коливної поверхні. При цьому основний
дисипативний процес пов’язано з в’язкістю нормальнї компоненти. Оцінено товщину прикордонного
шару поблизу поверхні коливного камертона. При більших швидкостях коливання камертона
були виявлені злами на залежності електричного відгуку від збуджуючої напруги, що свідчать про перех
ід до нелінійного характеру плину. При низьких температурах цей режим супроводжувався появою
плоских ділянок на резонансних кривих поблизу максимуму. Таке поводження можна пояснити переходом від ламінарного до турбулентного плину рідини, що також супроводжується появою додатково
ї дисипації, яка пов’язана з народженням квантованих вихорів. Визначено критичну швидкість
переходу до турбулентного режиму, температурна залежність якої якісно погодиться з вимірами, отриманими
раніше з коливними тілами іншої форми. The kinetic and dissipative processes in He II
were studied with a vibrating piezoquartz resonator
(tuning fork) immersed into liquid helium. The electric
response of the tuning fork near by its resonant
frequency was measured at different values of exciting
voltage in the temperature range 0.1–4.2 K.
The resonance curve half-widths have allowed to
determine the viscosity of normal components of
He II in the wide temperature range. A maximum
of the effective viscosity is observed at T = 0.5 K
which is connected with the hydrodynamic ballistic
mode transition in the phonon gas of He II. It is established
that at small velocities of the tuning fork
the vibration velocity depends linearly on exciting
force. This corresponds to a laminar flow of the
liquid in the boundary layer near the vibrating surface.
Thus, the basic dissipative process is connected
with the normal component viscosity. The thickness
of the boundary layer nearly the vibrating
tuning fork surface is estimated. At high vibration
velocities of the tuning fork one can observe kinks
in the dependence of the electric response on exciting
voltage, suggesting that there is a transition to a
nonlinear character of the flow. At low temperatures
there appear flat portions in the resonance
curves near by the maximum. This behavior may be
explained by the transition from laminar to turbulent
flow of the liquid, which is also accompanied
by an additional dissipation connected with the formation
of quantized vortices. A critical velocity,
the temperature dependence of which is in qualitative
agreement with the measured data obtained
previously with vibrating bodies of other forms, is
determined.