Flow at Ultra-High Reynolds and Rayleigh Numbers: A Status Report

به دلیل ویسکوزیته بسیار کم، هلیوم مایع و گاز هلیوم فوق سرد محیطی ایده آل برای مطالعات بنیادی جریان سیال و آشفتگی در اعداد رینولدز بسیار بالا فراهم می کنند. چنین جریان هایی در کاربردهای هوافضا (ورود مجدد ماهواره) و سایر شرایط شدید، جایی که مطالعه آنها دشوار است، رخ می دهد. یک تونل باد برودتی هلیوم به فرد اجازه می دهد تا این جریان ها را در آزمایشگاه در شرایط بسیار خوش خیم تر مدل کند. چنین مطالعاتی امکان پذیر نبوده است، زیرا استفاده از این سیالات در یک تونل باد به هلیوم مایع بیشتری نسبت به آنچه که به آسانی در دسترس بوده نیاز دارد. با این حال، ظرفیت یخچال‌های نصب شده در چندین آزمایشگاه فیزیک که هلیوم مایع را برای شتاب‌دهنده‌های ذرات تامین می‌کنند (مانند یخچال در نظر گرفته شده برای SSC در تگزاس یا در آزمایشگاه ملی بروکهاون) به‌قدری زیاد است که مقداری از هلیوم مایع یا اولترا گاز هلیوم سرد نیز ممکن است برای مطالعات دینامیک سیالات استفاده شود. فصل‌های این کتاب چالش‌ها و چشم‌اندازهای تحقیق در مورد جریان سیال در اعداد رینولدز و ریلی بالا با استفاده از هلیوم برودتی را بررسی می‌کنند. آنها طیف گسترده ای از موضوعات را پوشش می دهند: از تبرید و ابزار دقیق گرفته تا تئوری های تلاطم فوق سیال. فصل‌ها عمدتاً مبتنی بر مشارکت در کارگاهی است که در بروک‌هاون برگزار شد، اما همه این‌ها در اواخر سال 1997 به سطح هنر تبدیل شدند. علاوه بر این، چندین فصل حاوی مطالب کاملاً جدیدی است. این کتاب برای فیزیکدانان علاقه مند به دینامیک سیالات، مهندسان مکانیک علاقه مند به جریان های آشفته و حمل و نقل، و مهندسان نیروی دریایی و هوافضا جالب خواهد بود.

Because of their extremely low viscosity, liquid helium and ultra-cold helium gas provide ideal media for fundamental studies of fluid flow and turbulence at extremely high Reynolds numbers. Such flows occur in aerospace applications (satellite reentry) and other extreme conditions, where they are difficult to study. A cryogenic-helium wind tunnel would allow one to model these flows in a laboratory at much more benign conditions. Such studies have not been feasible because, using these fluids in a wind tunnel requires more liquid helium than has readily been available. However, the capacity of the refrigerators installed at several physics laboratories that supply liquid helium for particle accelerators (such as the one intended for the SSC in Texas or the one at Brookhaven National Laboratory) is so great that some of the liquid helium or the ultra-cold helium gas may also be used for fluid dynamics studies. The chapters in this book survey the challenges and prospects for research on fluid flows at high Reynolds and Rayleigh numbers using cryogenic helium. They cover a wide range of topics: from refrigeration and instrumentation to theories of superfluid turbulence. The chapters are largely based on contributions to a workshop held at Brookhaven, but these have all been brought up to the state of the art in late 1997; in addition, several chapters contain entirely new material. This book will be of interest to physicist interested in fluid dynamics, mechanical engineers interested in turbulent flows and transport, and naval and aerospace engineers.