RJAH acknowledges support from EPSRC Fellowship EP/I004599/1, MMS acknowledges funding from EPSRC under grant number EP/K5035-4X/1.

NOTE: Le dispositif expérimental est représenté schématiquement sur la Fig. 2. La partie principale de l&#39;appareil est constitué d&#39;une plate-forme tournante (300 mm x 300 mm) montée sur un cylindre de cuivre (diamètre 55 mm) qui descend sous son propre poids dans le champ magnétique d&#39;un aimant supraconducteur (1,8 T) avec une chambre température alésage vertical. La plate-forme est mis en rotation par l&#39;intermédiaire d&#39;un moteur hors-axe qui fait tourner un feuillet porteur d&#39;un orifice en trou de serrure. Le cylindre de cuivre est fixé sur un arbre d&#39;entraînement en forme de clé qui tourne en même temps et descend une fois que la goupille de maintien est supprimée. 1. Préparation de l&#39;équipement non standard <ol><li> bateau Flotation <ol><li> Réduire la taille du bateau, de telle sorte qu&#39;il se glisse facilement à l&#39;intérieur de la cuve expérimentale sans toucher les côtés. NOTE: Le bateau de flottation (. Voir la figure 3) est constitué de murs en polystyrène et une base éponge. </li><li> Protéger l&#39;éponge avec une couche de stpapier de soie rong. NOTE: Le but du papier de soie est d&#39;autant dissiper la dynamique verticale du liquide versé dans le bateau que possible. </li></ol></li></ol> 2. Préparation de l&#39;expérience <ol><li> Préparation de couches de liquide <ol><li> Laisser l&#39;eau distillée à venir jusqu&#39;à la température du laboratoire (22 ± 2 ° C). Environ 650 ml est nécessaire pour chaque réalisation expérimentale. Remarque: en laissant le mélange s&#39;équilibrer empêche la formation de bulles dans l&#39;expérience exsolving due à l&#39;air. </li><li> Séparer l&#39;eau distillée dans des volumes égaux dans deux récipients distincts, A et B, qui seront utilisés pour préparer le liquide pour la couche inférieure dense et la couche supérieure de lumière , respectivement. </li><li> Préparation Ex-situ de la couche inférieure dense. Pour le contenu du récipient A: <ol><li> Ajouter NaCl pour obtenir une concentration de 0,43 mole de NaCl par litre d&#39;eau (environ 25 g de NaCl par litre d&#39;l&#39;eau sera nécessaire); </li><li> Ajouter des colorants traçante d&#39;eau 0,33 g rouge et bleu dans le récipient de couche inférieure (par exemple, Cole-Parmer 00295-16 &amp; -18); </li><li> Ajouter 0,1 g L -1 sodium fluorescéine. NOTE: La couche inférieure sera désormais opaque en apparence et ont une densité d&#39;environ 1012,9 ± 1,2 kg m -3. </li></ol></li><li> Préparation Ex-situ de la couche supérieure de la lumière. Pour le contenu du récipient B: <ol><li> Ajouter MnCl2 sel pour obtenir une concentration de 0,06 mole MnCl 2 par litre d&#39;eau (environ 12 g de MnCl 2 par litre d&#39;eau). REMARQUE: La couche supérieure sera un aspect transparent et ont une densité d&#39;environ 998,2 ± 0,5 kg m -3. </li></ol></li><li> Pour faire varier la viscosité des couches de fluide, ajouter la glycérine C 3 H 8 O 3 dans des quantités égales à chaque couche jusqu&#39;à ce que la viscosité désirée soit atteinte. viscositie Typiques se situent dans la gamme de 1,00 × 10 -3 à 21,00 x 10 -3 Pa s. La viscosité de chaque couche est le même. NOTE: Les mélanges peuvent être stockés en toute sécurité dans leurs récipients séparés jusqu&#39;à ce que nécessaire. </li><li> Préparation Ex-situ de la stratification de densité. <ol><li> Ajouter 300 ml du contenu du récipient A à la cuve cylindrique interne (voir Fig. 2). </li><li> Immerger l&#39;éponge du bateau de flottaison dans le liquide du contenant B. NOTE: Après (2.1.6.2), la procédure est sensible au temps, afin de ne pas effectuer d&#39;autres étapes jusqu&#39;à ce que tout l&#39;aimant et l&#39;éclairage, l&#39;enregistrement et les mécanismes mécaniques sont prêts. </li><li> Soulevez le bateau de flottation du récipient B et, quand il a cessé de couler, placer soigneusement le bateau de flottaison au - dessus de la couche de fluide dense dans la cuve cylindrique interne. </li><li> Commencer à ajouter du liquide de lumière de la couche de récipient B au bateau de flottation à un débit de3 mL / min. Augmenter progressivement ce débit que le bateau de flottation ascenseurs loin de l&#39;interface entre les deux couches. Maintenir un taux assez lent débit que l&#39;interface ne soit pas perturbé par l&#39;élan accru de l&#39;écoulement du fluide, mais assez vite que ce processus ne prend pas plus de 20 min. Gardez le remplissage jusqu&#39;à ce que la couche supérieure contient 320 ml de liquide. REMARQUE: La couche inférieure sera à une profondeur d&#39;environ 33 mm, et la couche supérieure sera à une profondeur d&#39;environ 39 mm. </li><li> Abaisser avec précaution le couvercle de lucite dans la couche supérieure de telle sorte que les profondeurs de la couche de chaque couche sont égaux. Laisser le fluide et l&#39;air de circuler à travers les trous de purge, en assurant que l&#39;air est pris au piège en dessous. Observer une couche (env. 6 mm) de liquide clair de la couche de lumière sur le dessus du couvercle de lucite. NOTE: Si le processus a été couronnée de succès, il y aura deux couches de liquide de profondeur égale avec une interface nette entre eux. L&#39;épaisseur de la couche de diffusion à l&#39;interface sera inférieure à 2 mm à ce stade. </li></ol></li><li> Remplir le réservoir externe avec de l&#39;eau distillée claire à une hauteur de 6 mm au-dessus du couvercle de lucite du réservoir interne. En observant carrés sur il n&#39;y aura pas de parallaxe induite par la courbure résultant de la cuve cylindrique interne. NOTE: Comme les liquides dans chaque couche sont continuellement diffusent à travers l&#39;interface à ce stade, procéder immédiatement aux étapes suivantes. </li></ol></li><li> Mise en rotation de la stratification <ol><li> Placez le réservoir expérimental sur la plate-forme. </li><li> Positionner l&#39;agencement avec le cylindre de cuivre dans le trou de l&#39;aimant, l&#39;arbre d&#39;entraînement à travers l&#39;orifice de trou de serrure dans la piste et la tige de maintien en position. Assurez-vous que le réservoir soit éloigné (60 cm) à partir de l&#39;aimant de telle sorte que les forces magnétiques sur les liquides sont négligeables dans cette position. NOTE: Porter le réservoir expérimental contenant la stratification présente quelques difficultés; long, faible amplitude, ondes ballottement mis en place par la marche avec ee réservoir se désintègre loin, ayant un effet négligeable sur la qualité de l&#39;interface obtenue lorsque la couche flottante supérieure sur. </li><li> Mettre en marche le moteur, ce qui augmente la vitesse de rotation à 0,002 rad s -2, le filage-up du fluide à la vitesse de rotation souhaitée. Pour les taux de rotation dans 16 le temps de spin-up était de l&#39;ordre de 20 min - 60 min. NOTE: Le taux de rotation le plus rapide utilisé était de -1 de 13,2 rad. </li></ol></li></ol> 3. Exécution de l&#39;expérience <ol><li> Assurez -vous que l&#39;aimant est indiquant une intensité de champ de 1,2 T, et que , à la hauteur à laquelle l&#39;instabilité est déclenchée le gradient de champ est (grad B 2) / 2 = -14,3 T 2 m -1, où B est l&#39;induction magnétique . </li><li> Faire en sorte que la caméra vidéo est disposée de telle sorte que, lorsque l&#39;arbre d&#39;entraînement se trouve dans sa position la plus basse, soit la vue latérale de l&#39;expérience est la mise au point ou une vue en plan de mise au point est à travers un miroir placed ci-dessus l&#39;expérience. </li><li> Assurer l&#39;éclairage ambiant est à des niveaux corrects, de telle sorte que rien de l&#39;image capturée par la caméra est saturé, mais que la réponse complète est utilisée (intensités en niveaux de gris dans la gamme 0-255). </li><li> Commencez l&#39;enregistrement vidéo (240 fps). Utilisez une télécommande pour empêcher le déplacement de la caméra lorsque vous utilisez la fonction d&#39;enregistrement. </li><li> Retirer la goupille de retenue, permettant le réservoir de descendre, tout en tournant, dans le champ magnétique. </li></ol> 4. Réinitialiser Experiment <ol><li> Réinitialiser plate-forme expérimentale <ol><li> Utilisez la télécommande pour arrêter l&#39;enregistrement vidéo. </li><li> Enregistrez le fichier vidéo sur le disque. </li><li> Par contre, abaisser la tension au moteur de sorte qu&#39;il ralentit à un arrêt. Effectuez cette progressivement de façon à éviter les déversements. </li><li> Retirer dispositif expérimental de l&#39;aimant. </li><li> Eliminer les couches liquides mélangés de manière appropriée (voir Manganese Chloride Tetrahydrate MSDS). </li><li> Rincer le réservoir avec de l&#39;eau (iln&#39;a pas besoin d&#39;être distillée), jusqu&#39;à ce que toutes traces de sels ont été emportés. Éviter tout contact direct de la peau avec des liquides. </li><li> Sécher le réservoir soigneusement avec du papier absorbant afin d&#39;assurer qu&#39;aucun résidu ne reste qui peuvent contaminer les expériences ultérieures. </li></ol></li></ol> Traitement 5. Image <ol><li> Extraire les images individuelles de chaque image du film et enregistrer dans lossless format .png. Masquez les zones superflues de chaque trame, par exemple la plate-forme ou d&#39;un cylindre de cuivre. </li><li> Calculer la fonction d&#39; auto-corrélation à deux dimensions 16 de chaque trame d&#39;image pour 2 s après le début de l&#39;instabilité en utilisant une transformée de Fourier rapide discrète. Notez le minimum, la moyenne et la valeur maximale de la longueur d&#39;onde observée pour la vitesse de rotation de l&#39;expérience et la viscosité des couches fluides. </li></ol>

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I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+investigation+of+turbulent+mixing+by+Rayleigh-Taylor+instability.">Experimental investigation of turbulent mixing by Rayleigh-Taylor instability.</a> Physica D. 12, 45-58 (1984).</li><li>Dimonte, G., Schneider, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbulent+Rayleigh-Taylor+instability+experiments+with+variable+acceleration.">Turbulent Rayleigh-Taylor instability experiments with variable acceleration.</a> Phys. Rev. E. 54, 3740-3743 (1996).</li><li>Dalziel, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+instability+:+experiments+with+image+analysis.">Rayleigh-Taylor instability : experiments with image analysis.</a> Dyn. Atmos. Oceans. 20, 127-153 (1993).</li><li>Jacobs, J. W., Dalziel, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+instability+in+complex+stratifications.">Rayleigh-Taylor instability in complex stratifications.</a> J. Fluid Mech. 542, 251-279 (2005).</li><li>Linden, P. F., Redondo, J. M., Youngs, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+mixing+in+Rayleigh-Taylor+instability.">Molecular mixing in Rayleigh-Taylor instability.</a> J. Fluid Mech. , 97-124 (1994).</li><li>Lord Rayleigh, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+the+Character+of+the+Equilibrium+of+an+Incompressible+Heavy+Fluid+of+Variable+Density.">Investigation of the Character of the Equilibrium of an Incompressible Heavy Fluid of Variable Density.</a> Proc. Lon. Math. Soc. 14, 170-177 (1883).</li><li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+instability+of+fluid+surfaces+when+accelerated+in+a+direction+perpendicular+to+their+planes.+I.">The instability of fluid surfaces when accelerated in a direction perpendicular to their planes. I.</a> Proc. Roy. Soc., A. 201, 192-196 (1950).</li><li>Limat, L., Jenffer, P., Dagens, B., Touron, E., Fermigier, M., Wesfreid, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gravitational+instabilities+of+thin+liquid+layers:+dynamics+of+pattern+selection.">Gravitational instabilities of thin liquid layers: dynamics of pattern selection.</a> Physica D. 61, 166-182 (1992).</li><li>Gelfand, J. D., Slane, P. O., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Dynamical+Model+for+the+Evolution+of+a+Pulsar+Wind+Nebula+Inside+a+Nonradiative+Supernova+Remnant.">A Dynamical Model for the Evolution of a Pulsar Wind Nebula Inside a Nonradiative Supernova Remnant.</a> Astrophys. J. 703, 2051-2067 (2009).</li><li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experiments+on+the+Motion+of+Solid+Bodies+in+Rotating+Fluids.">Experiments on the Motion of Solid Bodies in Rotating Fluids.</a> Proc. Roy. Soc., A. 104, 213-218 (1923).</li><li>Proudman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+Motion+of+Solids+in+a+Liquid+Possessing+Vorticity.">On the Motion of Solids in a Liquid Possessing Vorticity.</a> Proc. Roy. Soc., A. 92, 408-424 (1916).</li><li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motion+of+Solids+in+Fluids+when+the+Flow+is+not+lrrotational.">Motion of Solids in Fluids when the Flow is not lrrotational.</a> Proc. Roy. Soc., A. 93, 99-113 (1917).</li><li>Carl&#232;s, P., Huang, Z., Carbone, G., Rosenblatt, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+Instability+for+Immiscible+Fluids+of+Arbitrary+Viscosities:+A+Magnetic+Levitation+Investigation+and+Theoretical+Model.">Rayleigh-Taylor Instability for Immiscible Fluids of Arbitrary Viscosities: A Magnetic Levitation Investigation and Theoretical Model.</a> Phys. Rev. Lett. 96, 104501 (2006).</li><li>Huang, Z., De Luca, A., Atherton, T. J., Bird, M., Rosenblatt, C., Carl&#232;s, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+Instability+Experiments+with+Precise+and+Arbitrary+Control+of+the+Initial+Interface+Shape.">Rayleigh-Taylor Instability Experiments with Precise and Arbitrary Control of the Initial Interface Shape.</a> Phys. Rev. Lett. 99, 204502 (2007).</li><li>Baldwin, K. A., Scase, M. M., Hill, R. J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Inhibition+of+the+Rayleigh-Taylor+Instability+by+Rotation.">The Inhibition of the Rayleigh-Taylor Instability by Rotation.</a> Sci. Rep. 5, 11706 (2015).</li><li>Rossby, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+of+B&#233;nard+convection+with+and+without+rotation.">A study of B&#233;nard convection with and without rotation.</a> J. Fluid Mech. 36, 309-335 (1969).</li></ol>

Les auteurs n&#39;ont rien à dévoiler.

Il y a deux étapes critiques dans le protocole. La première est 2.1.6.4. Si la couche est introduite sur la couche dense trop rapidement, puis le mélange irréversible des deux couches fluides miscibles a lieu. Il est essentiel que ce soit évitée et que (&lt;2 mm) interface nette entre les deux couches est obtenue. La deuxième étape critique est 3.1.5. Si l&#39;expérience est libéré vers l&#39;aimant sans être entièrement filé-up en pleine rotation du corps ou sans l&#39;appareil de capture d&#39;image et l...

<html> Système de fluide de densité stratifiée constituée de deux couches peuvent être disposés dans un champ de gravitation soit dans une écurie ou d&#39;une configuration instable. Si la couche lourde dense sous-tend la, couche moins dense, le système est stable: perturbations à l&#39;interface sont stables, restaurée par gravité, et les vagues peuvent être pris en charge sur l&#39;interface. Si la couche lourde recouvre la couche, puis le système est instable et les perturbations au grossissement de l&#39;interface. Cette instabilité fluide fondamentale est l&#39;instabilité de Rayleigh-Taylor 7, 8. Exactement la même instabilité peut être observée dans les systèmes non-rotation qui sont accélérés vers la couche plus lourde. En raison de la nature fondamentale de l&#39;instabilité , il est observé dans de très nombreux flux qui varient aussi grandement à l&#39; échelle: de film mince à petite échelle des phénomènes 9 à caractéristiques d&#39;échelle astrophysiques observés dans, par exemple, la nébuleuse du Crabeef &quot;&gt; 10, où les structures de doigts sont observés, créé par les vents pulsar étant accélérée par plus denses restes de supernova. Il est une question ouverte quant à la façon de l&#39;instabilité de Rayleigh-Taylor peut être contrôlé ou influencé une fois que la différence initiale de densité instable a été établie à une interface. une possibilité est de prendre en considération la rotation apparente du système. le but de ces expériences est d&#39;étudier l&#39;effet de la rotation du système, et si cela peut être une voie de stabilisation. Nous considérons un système de fluide qui est constitué d&#39;une double couche de stratification gravitationnellement instables qui est soumis à une rotation constante autour d&#39;un axe parallèle à la direction de la pesanteur. Une perturbation à une double couche de stratification instable densité conduit à la génération baroclinic de vorticité, à savoir, le renversement, à l&#39;interface, tendant à la débâcle des structures verticales. Cependant, un fluide en rotation est connu pour s&#39;organiser en cohérence st verticalructures alignés avec l&#39;axe de rotation, soi-disant «Taylor colonnes» 11. Par conséquent le système sous enquête subit la concurrence entre l&#39;effet de stabilisation de la rotation, qui est l&#39;organisation de la circulation dans les structures verticales et empêchant les deux couches de renversement, et l&#39;effet déstabilisateur du fluide plus dense recouvrant le fluide plus léger qui génère un mouvement de renversement à l&#39;interface . Avec la vitesse de rotation a augmenté la capacité des couches de fluide de se déplacer radialement, avec des sens opposés l&#39;un à l&#39; autre, afin de se réarranger en une configuration plus stable, est de plus inhibée par le théorème de Taylor Proudman 12, 13: le déplacement radial est réduit et les structures observées qui se matérialisent que l&#39;instabilité se développe sont de plus petite échelle. Figue. La figure 1 montre qualitativement l&#39;effet de la rotation des tourbillons qui se forment à l&#39;instabilité se développe. dans leimage de la main gauche il n&#39;y a pas de rotation et le flux est une approximation classique instabilités Rayleigh-Taylor de non-rotation. Sur l&#39;image de droite de tous les paramètres expérimentaux sont identiques à l&#39;image gauche, sauf que le système est mis en rotation autour d&#39;un axe vertical aligné avec le centre de la cuve. On peut constater que l&#39;effet de la rotation est de réduire la taille des tourbillons qui se forment. Ceci, à son tour, se traduit par une instabilité qui se développe plus lentement que la contrepartie non tournante. Les effets magnétiques qui modifient le tenseur des contraintes dans le fluide peuvent être considérés comme agissant de la même manière qu&#39;un champ gravitationnel modifié. Nous sommes donc en mesure de créer une stratification gravitationnellement stable et tourner vers le haut en solide rotation du corps. Les forces de corps magnétiques générés par l&#39;imposition du champ magnétique à gradient miment alors pour effet de modifier le champ de gravitation. Ceci rend instable l&#39;interface de telle sorte que le système de fluide behaVes, avec une bonne approximation, comme une instabilité classique Rayleigh-Taylor en rotation. Cette approche a déjà été tenté en deux dimensions sans rotation 14, 15. Pour un champ magnétique à gradient appliqué avec induite par un champ magnétique B, la force du corps appliqué à un fluide magnétique volume de susceptibilité χ constante est donnée par f = grad (χ B 2 / μ 0), où B = | B | et μ 0 = 4π × 10 -7 -2 NA est la perméabilité magnétique de l&#39; espace libre. On peut donc considérer l&#39;aimant pour manipuler le poids efficace de chaque couche de fluide, où le poids effectif par unité de volume d&#39;un fluide de ρ densité dans un champ gravitationnel de la force g est donnée par ρ g - χ (∂ B 2 / ∂ z ) / (2 μ 0).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="696">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Blue water tracing dye</td>
			<td style="width:195px;">Cole-Parmer</td>
			<td style="width:119px;">00295-18</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Red water tracing dye</td>
			<td style="width:195px;">Cole-Parmer</td>
			<td style="width:119px;">00295-16</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sodium Chloride</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>&#62;99% purity</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Manganese Chloride Tetrahydrate</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>See MSDS</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Fluorescein sodium salt&#160;</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Magnet</td>
			<td style="width:195px;">Cryogenic Ltd. London</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

magnetically induced rotating rayleigh-taylor instability

Les techniques classiques pour enquêter sur l&#39;instabilité de Rayleigh-Taylor comprennent l&#39; utilisation de gaz comprimés 1, rocketry 2 ou 3 moteurs électriques linéaires pour inverser la direction effective de la gravité, et d&#39; accélérer le fluide plus léger vers le fluide plus dense. D&#39; autres auteurs , par exemple 4, 5, 6 ont séparé une stratification gravitationnellement instable avec une barrière qui est enlevée pour initier l&#39;écoulement. Cependant, l&#39;interface initiale parabolique dans le cas d&#39;une stratification en rotation impose d&#39;importantes difficultés techniques expérimentalement. Nous voulons être en mesure de spin-up de la stratification en rotation du corps solide et seulement alors que le courant afin d&#39;étudier les effets de la rotation sur l&#39;instabilité de Rayleigh-Taylor. L&#39;approche que nous avons adoptée ici est d&#39;utiliser le champ magnétiqueun aimant supraconducteur pour manipuler le poids effectif des deux liquides pour amorcer l&#39;écoulement. Nous créons une stratification à deux couches gravitationnellement stables en utilisant des techniques de flottation standard. La couche supérieure est moins dense que la couche inférieure et de sorte que le système est stable Rayleigh-Taylor. Cette stratification est ensuite filée-up jusqu&#39;à ce que les deux couches sont en rotation du corps solide et une interface parabolique est observée. Ces expériences utilisent des fluides à faible susceptibilité magnétique, | χ | ~ 10 -6 à 10 -5 par rapport à un ferrofluides. L&#39;effet dominant du champ magnétique applique un corps de force à chaque couche modifiant le poids efficace. La couche supérieure est faiblement paramagnétique tandis que la couche inférieure est faiblement diamagnétique. Lorsque le champ magnétique est appliqué, la couche inférieure est repoussée de l&#39;aimant tandis que la couche supérieure est attirée vers l&#39;aimant. Une instabilité de Rayleigh-Taylor est réalisé avec l&#39;application d&#39;un champ magnétique à gradient élevé. Nous avons observé en outre que increasing la viscosité dynamique du fluide dans chaque couche, augmente la longueur de l&#39;échelle de l&#39;instabilité.

Figue. 4 montre l&#39;évolution de l&#39;instabilité de Rayleigh-Taylor à l&#39;interface entre les deux fluides, pour quatre vitesses différentes de rotation: Ω = -1 (rangée du haut) de 1,89 rad, Ω = 3,32 rad s -1, Ω = 4,68 rad s - 1 et Ω = 8,74 rad s -1 (rangée du bas). L&#39;interface est montrée en constante évolution dans le temps de t = 0 s (colonne de gauche) avec des incréments de 0,5 s à t = 3,0 ...

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Magnetically Induced Rotating Rayleigh-Taylor Instability

We present a protocol for preparing a two-layer density-stratified liquid that can be spun-up into solid body rotation and subsequently induced into Rayleigh-Taylor instability by applying a gradient magnetic field.

Magnétiquement Induced Rotating Rayleigh-Taylor Instabilité

Classical techniques for investigating the Rayleigh-Taylor instability include using compressed gasses1, rocketry2 or linear electric motors3 to reverse ...

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Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a significant role in laser-material interaction, especially in the air environment1-11.
Early plasma evolution has been captured through pump-probe shadowgraphy1-3 and interferometry1,4-7. However, the studied time frames and applied laser parameter ranges are limited. For example, direct examinations of plasma front locations and electron number densities within a delay time of 100 picosecond (ps) with respect to the laser pulse peak are still very few, especially for the ultrashort pulse of a duration around 100 femtosecond (fs) and a low power density around 1014 W/cm2. Early plasma generated under these conditions has only been captured recently with high temporal and spatial resolutions12. The detailed setup strategy and procedures of this high precision measurement will be illustrated in this paper. The rationale of the measurement is optical pump-probe shadowgraphy: one ultrashort laser pulse is split to a pump pulse and a probe pulse, while the delay time between them can be adjusted by changing their beam path lengths. The pump pulse ablates the target and generates the early plasma, and the probe pulse propagates through the plasma region and detects the non-uniformity of electron number density. In addition, animations are generated using the calculated results from the simulation model of Ref. 12 to illustrate the plasma formation and evolution with a very high resolution (0.04 ~ 1 ps).
Both the experimental method and the simulation method can be applied to a broad range of time frames and laser parameters. These methods can be used to examine the early plasma generated not only from metals, but also from semiconductors and insulators.

An experimental method to examine the early plasma evolution induced by ultrashort laser pulses is described. Using this method, high quality images of early plasma are obtained with high temporal and spatial resolutions. A novel integrated atomistic model is used to simulate and explain the mechanisms of early plasma.

Enquête de l&#39;évolution rapide du plasma induite par lasers engendrent des impulsions

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a ...

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Ingénierie

Laser-induced Breakdown Spectroscopy: A New Approach for Nanoparticle's Mapping and Quantification in Organ Tissue

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) performed on thin sections of rodent tissues: kidneys and tumor, allows the detection of inorganic elements such as (i) Na, Ca, Cu, Mg, P, and Fe, naturally present in the body and (ii) Si and Gd, detected after the injection of gadolinium-based nanoparticles. The animals were euthanized 1&#160;to 24 hr&#160;after intravenous injection of particles. A two-dimensional scan of the sample, performed using a motorized micrometric 3D-stage, allowed the infrared laser beam exploring the surface with a lateral resolution less than 100 &#956;m. Quantitative chemical images of Gd element inside the organ were obtained with sub-mM sensitivity. LIBS offers a simple and robust method to study the distribution of inorganic materials without any specific labeling. Moreover, the compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of the same biological tissue with different types of response:&#160;elemental, molecular, or cellular.

Laser-induced Breakdown Spectroscopy: A New Approach for Nanoparticle&#039;s Mapping and Quantification in Organ Tissue

Laser-induced breakdown spectroscopy performed on thin organ and tumor tissue successfully detected natural elements and artificially injected gadolinium (Gd), issued from Gd-based nanoparticles. Images of chemical elements reached a resolution of 100 &#956;m and quantitative sub-mM sensitivity. The compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of a same biological tissue.

Induite par laser Répartition Spectroscopy: Une nouvelle approche pour la cartographie et la quantification de nanoparticules dans les tissus d&#39;organes

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) ...

Laser-induced Forward Transfer for Flip-chip Packaging of Single Dies

Flip-chip (FC) packaging is a key technology for realizing high performance, ultra-miniaturized and high-density circuits in the micro-electronics industry. In this technique the chip and/or the substrate is bumped and the two are bonded via these conductive bumps. Many bumping techniques have been developed and intensively investigated since the introduction of the FC technology in 19601 such as stencil printing, stud bumping, evaporation and electroless/electroplating2. Despite the progress that these methods have made they all suffer from one or more than one drawbacks that need to be addressed such as cost, complex processing steps, high processing temperatures, manufacturing time and most importantly the lack of flexibility. In this paper, we demonstrate a simple and cost-effective laser-based bump forming technique known as Laser-induced Forward Transfer (LIFT)3. Using the LIFT technique a wide range of bump materials can be printed in a single-step with great flexibility, high speed and accuracy at RT. In addition, LIFT enables the bumping and bonding down to chip-scale, which is critical for fabricating ultra-miniature circuitry.

We demonstrate the use of the Laser-induced Forward Transfer (LIFT) technique for flip-chip assembly of optoelectronic components. This approach provides a simple, cost-effective, low-temperature, fast and flexible solution for fine-pitch bumping and bonding on chip-scale for achieving high-density circuits for optoelectronic applications.

Induite par laser transfert vers l&#39;avant pour Flip-chip emballage de Dies simples

Flip-chip (FC) packaging is a key technology for realizing high performance, ultra-miniaturized and high-density circuits in the micro-electronics ...

Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle

Present work demonstrates the simple, chemical free, fast, and energy efficient method to produce reduced graphene oxide (r-GO) solution at RT using visible light irradiation with plasmonic nanoparticles. The plasmonic nanoparticle is used to improve the reduction efficiency of GO. It only takes 30 min&#160;at RT by illuminating the solutions with Xe-lamp, the r-GO solutions can be obtained by completely removing gold nanoparticles through simple centrifugation step. The spherical gold nanoparticles (AuNPs) as compared to the other nanostructures is the most suitable plasmonic nanostructure for r-GO preparation. The reduced graphene oxide prepared using visible light and AuNPs was equally qualitative as chemically reduced graphene oxide, which was supported by various analytical techniques such as UV-Vis spectroscopy, Raman spectroscopy, powder XRD and XPS. The reduced graphene oxide prepared with visible light shows excellent quenching properties over the fluorescent molecules modified on ssDNA and excellent fluorescence recovery for target DNA detection. The r-GO prepared by recycled AuNPs is found to be of same quality with that of chemically reduced r-GO. The use of visible light with plasmonic nanoparticle demonstrates the good alternative method for r-GO synthesis.

A simple protocol for the preparation of reduced graphene oxide using visible light and plasmonic nanoparticle is described.

Lumière visible réduction induite de graphène oxyde Utilisation plasmonique nanoparticules

Present work demonstrates the simple, chemical free, fast, and energy efficient method to produce reduced graphene oxide (r-GO) solution at RT using ...

Simulation of Human-induced Vibrations Based on the Characterized In-field Pedestrian Behavior

For slender and lightweight structures, vibration serviceability is a matter of growing concern, often constituting the critical design requirement. With designs governed by the dynamic performance under human-induced loads, a strong demand exists for the verification and refinement of currently available load models. The present contribution uses a 3D inertial motion tracking technique for the characterization of the in-field pedestrian behavior. The technique is first tested in laboratory experiments with simultaneous registration of the corresponding ground reaction forces. The experiments include walking persons as well as rhythmical human activities such as jumping and bobbing. It is shown that the registered motion allows for the identification of the time variant pacing rate of the activity. Together with the weight of the person and the application of generalized force models available in literature, the identified time-variant pacing rate allows to characterize the human-induced loads. In addition, time synchronization among the wireless motion trackers allows identifying the synchronization rate among the participants. Subsequently, the technique is used on a real footbridge where both the motion of the persons and the induced structural vibrations are registered. It is shown how the characterized in-field pedestrian behavior can be applied to simulate the induced structural response. It is demonstrated that the in situ identified pacing rate and synchronization rate constitute an essential input for the simulation and verification of the human-induced loads. The main potential applications of the proposed methodology are the estimation of human-structure interaction phenomena and the development of suitable models for the correlation among pedestrians in real traffic conditions.

A protocol is presented for the characterization of the in-field pedestrian behavior and the simulation of the resulting structural response. Field-tests demonstrate that the in situ identified pacing rate and synchronization rate among the participants constitute an essential input for the simulation and verification of the human-induced loads.

Simulation des vibrations d&#39;origine humaine Basé sur l&#39;In-champ Piéton Comportement Caractérisé

For slender and lightweight structures, vibration serviceability is a matter of growing concern, often constituting the critical design requirement. With ...

Laser-induced Forward Transfer of Ag Nanopaste

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of these processes such as inkjet3 and laser-induced forward transfer (LIFT)4 have become increasingly popular as interest in printable electronics and maskless patterning has grown. These additive manufacturing processes are inexpensive, environmentally friendly, and well suited for rapid prototyping, when compared to more traditional semiconductor processing techniques. While most direct-write processes are confined to two-dimensional structures and cannot handle materials with high viscosity (particularly inkjet), LIFT can transcend both constraints if performed properly. Congruent transfer of three dimensional pixels (called voxels), also referred to as laser decal transfer (LDT)5-9, has recently been demonstrated with the LIFT technique using highly viscous Ag nanopastes to fabricate freestanding interconnects, complex voxel shapes, and high-aspect-ratio structures. In this paper, we demonstrate a simple yet versatile process for fabricating a variety of micro- and macroscale Ag structures. Structures include simple shapes for patterning electrical contacts, bridging and cantilever structures, high-aspect-ratio structures, and single-shot, large area transfers using a commercial digital micromirror device (DMD) chip.

We demonstrate the use of the Laser-induced forward transfer technique (LIFT) for the printing of high-viscosity Ag paste. This technique offers a simple, low temperature, robust process for non-lithographically printing microscale 2D and 3D structures.

induite par laser-Transfer Forward de Ag nanopâte

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using femtosecond laser-induced ablation. We show that thousands of periodic nano-craters are fabricated on an optical nanofiber by irradiating with just a single femtosecond laser pulse. For a typical sample, periodic nano-craters with a period of 350 nm and with diameter gradually varying from 50 - 250 nm over a length of 1 mm are fabricated on a nanofiber with diameter around 450 - 550 nm. A key aspect of such a nanofabrication is that the nanofiber itself acts as a cylindrical lens and focuses the femtosecond laser beam on its shadow surface. Moreover, the single-shot fabrication makes it immune to mechanical instabilities and other fabrication imperfections. Such periodic nano-craters on nanofiber, act as a 1-D PhC and enable strong and broadband reflection while maintaining the high transmission out of the stopband. We also present a method to control the profile of the nano-crater array to fabricate apodized and defect-induced PhC cavities on the nanofiber. The strong confinement of the field, both transverse and longitudinal, in the nanofiber-based PhC cavities and the efficient integration to the fiber networks, may open new possibilities for nanophotonic applications and quantum information science.

We present a protocol for fabricating 1-D photonic crystal cavities on subwavelength diameter silica fibers (optical nanofibers) using femtosecond laser-induced ablation.

Fabrication de 1-D Cristal Photonique Cavity sur un nanofibres utilisant Ablation laser femtoseconde induite

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous light irradiation. The photo-excitation of dopants that can quickly dissipate light into heat, coupled with anisotropic thermal expansion and self-shadowing of the film, gives rise to the self-sustained deformation. The oscillations observed are influenced by the dimensions and the modulus of the film, and by the directionality and intensity of the light. The system developed offers applications in energy conversion and harvesting for soft-robotics and automated systems.
The general method described here consists of creating free-standing liquid crystalline films and characterizing the mechanical and thermal effects observed. The molecular alignment is achieved using alignment layers (rubbed polyimide), commonly used in the display manufacturing industry. To obtain actuators with large deformation, the mesogens are aligned and polymerized in a splay/bend configuration, i.e., with the director of the liquid crystals (LCs) going gradually from planar to homeotropic through the film thickness. Upon irradiation, the mechanical and thermal oscillations obtained are monitored with a high-speed camera. The results are further quantified by image analysis using an image processing program.

The goal of the protocol is to create liquid crystalline polymer films that can mechanically oscillate under continuous light irradiation. We describe in great detail the conception of free-standing films, from the liquid crystal alignment method to the photo-actuation. The experimental protocol applied to prepare this material is broadly applicable.

Préparation des réseaux de cristaux liquides pour macroscopique mouvement oscillatoire induite par la lumière

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...

Fabrication Procedures and Birefringence Measurements for Designing Magnetically Responsive Lanthanide Ion Chelating Phospholipid Assemblies

Bicelles are tunable disk-like polymolecular assemblies formed from a large variety of lipid mixtures. Applications range from membrane protein structural studies by nuclear magnetic resonance (NMR) to nanotechnological developments including the formation of optically active and magnetically switchable gels. Such technologies require high control of the assembly size, magnetic response and thermal resistance. Mixtures of 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC) and its lanthanide ion (Ln3+) chelating phospholipid conjugate, 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phospho-ethanolamine-diethylene triaminepentaacetate (DMPE-DTPA), assemble into highly magnetically responsive assemblies such as DMPC/DMPE-DTPA/Ln3+ (molar ratio 4:1:1) bicelles. Introduction of cholesterol (Chol-OH) and steroid derivatives in the bilayer results in another set of assemblies offering unique physico-chemical properties. For a given lipid composition, the magnetic alignability is proportional to the bicelle size. The complexation of Ln3+ results in unprecedented magnetic responses in terms of both magnitude and alignment direction. The thermo-reversible collapse of the disk-like structures into vesicles upon heating allows tailoring of the assemblies&#39; dimensions by extrusion through membrane filters with defined pore sizes. The magnetically alignable bicelles are regenerated by cooling to 5 &#176;C, resulting in assembly dimensions defined by the vesicle precursors. Herein, this fabrication procedure is explained and the magnetic alignability of the assemblies is quantified by birefringence measurements under a 5.5 T magnetic field. The birefringence signal, originating from the phospholipid bilayer, further enables monitoring of polymolecular changes occurring in the bilayer. This simple technique is complementary to NMR experiments that are commonly employed to characterize bicelles.

Fabrication procedures for highly magnetically responsive lanthanide ion chelating polymolecular assemblies are presented. The magnetic response is dictated by the assembly size, which is tailored by extrusion through nanopore membranes. The assemblies&#39; magnetic alignability and temperature-induced structural changes are monitored by birefringence measurements, a complimentary technique to nuclear magnetic resonance and small angle neutron scattering.

Des procédures de fabrication et des mesures de biréfringence pour concevoir Ion Lanthanide magnétiquement sensibles phospholipides assemblées de chélation

Bicelles are tunable disk-like polymolecular assemblies formed from a large variety of lipid mixtures. Applications range from membrane protein structural ...

Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that characterize the transport phenomena in a rotating channel are identified via the parametric analysis of the momentum and energy equations referring to a rotating frame of reference. Based on these dimensionless flow equations, an experimental strategy that links the design of the test module, the experimental program and the data analysis is formulated with the attempt to reveal the isolated Coriolis-force and buoyancy effects on heat transfer performances. The effects of Coriolis force and rotating buoyancy are illustrated using the selective results measured from rotating channels with various geometries. While the Coriolis-force and rotating-buoyancy impacts share several common features among the various rotating channels, the unique heat transfer signatures are found in association with the flow direction, the channel shape and the arrangement of heat transfer enhancement devices. Regardless of the flow configurations of the rotating channels, the presented experimental method enables the development of physically consistent heat transfer correlations that permit the evaluation of isolated and interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on the heat transfer properties of rotating channels.

Here, we present an experimental method for decoupling the interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on full-field heat transfer distributions of a rotating channel.

Découplante Force de Coriolis et rotation effets de flottabilité sur plein champ thermique transfert des propriétés d’un canal rotatif

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that ...