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物理学 > 流体动力学

arXiv:2412.15110 (physics)
[提交于 2024年12月19日 ]

标题: 纳米尺度多模态超流声学中的湍流耗散耦合

标题: Turbulent dissipative coupling in nanoscale multimode superfluid acoustics

Authors:Filip Novotný, Marek Talíř, Emil Varga
摘要: 超流体氦,即液态⁴He的无粘性低温相,由于粘度消失,使得可以构建亚微米流动通道,从而能够研究维度降低的流动。在这样的强约束体积中充满超流体,纵向声波是压力和熵密度的耦合涨落,称为第四声。在本工作中,我们使用纳米超流体声学谐振器内的多个第四声声学模式,在泵浦-探测配置中观察到量子涡旋的局域簇,导致二维湍流。局域湍流实现了声学模式之间的可控和不对称耗散耦合。此外,我们推导了一个通用程序,用于解析估计具有机械柔顺壁的体积内的超流体声学共振频率。我们的工作证实了先前的假设,即类似纳米流体系统的湍流最初在高剪切区域发展。本文提出的多模态泵浦-探测方法将允许未来的实验研究二维量子湍流的动力学,例如自由衰减。
摘要: Superfluid helium, the inviscid low-temperature phase of liquid \4He, enables investigation of flows with reduced dimensionality since, due to the vanishing viscosity, sub-micron flow channels can be constructed. In such strongly confined volumes filled with superfluid, the longitudinal acoustic wave is a coupled fluctuation of pressure and entropy density called fourth sound. In this work, we use multiple 4th sound acoustic modes inside a nano-superfluidic acoustic resonator in a pump-probe arrangement to observe localized clusters of quantized vortices leading to two-dimensional turbulence. The localised turbulence enables controllable and asymmetric dissipative coupling between acoustic modes. Furthermore, we derive a general procedure for analytically estimating the superfluid acoustic resonance frequencies inside a volume with mechanically compliant walls. Our work confirms earlier assumptions that turbulence in similar nanofluidic systems initially develops in localized areas of high shear. The multimode pump-probe methods presented here will allow future experiments to study the dynamics of two-dimensional quantum turbulence, e.g., the free decay.
评论: 19页,9图
主题: 流体动力学 (physics.flu-dyn) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall)
引用方式: arXiv:2412.15110 [physics.flu-dyn]
  (或者 arXiv:2412.15110v1 [physics.flu-dyn] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.15110
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Emil Varga [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2024 年 12 月 19 日 17:53:27 UTC (18,986 KB)
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