Влияние акустического излучения на критическую скорость перехода к турбулентному течению в Не II

Abstract

Экспериментально исследованы условия перехода от ламинарного к турбулентному режиму течения в сверхтекучем ⁴Не и изучено влияние акустического излучения переменной мощности на величину критической скорости перехода. Использована методика кварцевого камертона в интервале температур 2–0,3 К. Эксперименты проведены в широкой области давлений: от давления насыщенного пара до 24,8 атм. Обнаружено, что при высоких температурах (Т > 0,9 К) критическая скорость определяется вязкостным трением, а при низких (Т < 0,5 К) — влиянием акустического излучения, что приводит к заметному увеличению критической скорости перехода в турбулентное состояние. Величина критической скорости зависит от мощности акустического излучения, а переход к турбулентному состоянию сверхтекучей жидкости подобен переходу в обычных жидкостях или газах. В отсутствие влияния акустического излучения критическая скорость перехода практически не зависит от температуры и возбуждающей мощности и в основном определяется баллистическим рассеянием тепловых возбуждений.

Експериментально досліджено умови переходу від ламінарного до турбулентного режиму течії в надплинному ⁴Не та вивчено вплив акустичного випромінювання змінної потужності на величину критичної швидкості переходу. Використано методику кварцевого камертона в інтервалі температур 2–0,3 К. Експерименти проведено в широкій області тисків: від тиску насиченої пари до 24,8 атм. Виявлено, що при високих температурах (Т > 0,9 К) критична швидкість визначається в’язкістним тертям, а при низьких (Т < 0,5 К) — впливом акустичного випромінювання, що призводить до помітного збільшення критичної швидкості переходу в турбулентний стан. Величина критичної швидкості залежить від потужності акустичного випромінювання, а перехід до турбулентного стану надплинної рідини близький до переходу в звичайних рідинах або газах. У відсутності впливу акустичного випромінювання критична швидкість переходу практично не залежить від температури та збуджуючої потужності і в основному визначається балістичним розсіянням теплових збуджень.

The conditions for transition from laminar to turbulent flow in superfluid ⁴He and the effect of wide power range acoustic radiation on critical velocity of the transition are studied experimentally. The experiments were carried out by using the method of quartz tuning fork in the temperature range from 2 K down to 0.3 K. In a wide pressure range from the saturated vapor pressure up to 24.8 atm. It is found that at high temperatures (T > 0.9 K) the critical velocity is determined by viscous friction whereas at low temperatures (T < 0.5 K) the effect of acoustic radiation is observed which leads to a noticeable decrease in the critical velocity of transition to a turbulent state. The critical velocity depends on acoustic emission power, and the transition to the turbulent state of the superfluid is similar to that in ordinary liquids or gases. With no effect of acoustic radiation the critical velocity of transition is almost independent on temperature and exciting power and is mainly determined by the ballistic scattering of thermal excitations.