|
|
Studium vlivu tepelného blízkého pole na kryogenní Rayleighovu-Bénardovu konvekci
Věžník, Tomáš ; Schmoranzer,, David (oponent) ; Urban, Pavel (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá vlivem tepelného záření v blízkém poli (near feld - NF) na (i) nástup Rayleighovy-Bénárdovy konvekce (RBC) a (ii) tepelným ovlivněním teplotních snímačů zářením v blízkém poli používaných pro studium RBC. V první části je uveden teoretický základ pro obě dvě zkoumané oblasti, RBC a NF. Jsou zde uvedeny způsoby zjišťování nástupu RBC, teplotní profly v RBC, základní vztahy pro přenos tepla zářením a popis použité aparatury pro měření přenosu tepla zářením. V praktické části je uveden postup měření a je prezentován získaný model pro popis závislosti koefcientu přenosu tepla zářením mezi dvěma měděnými povrchy. Následně jsou získaná data použita pro analýzu vlivu NF na nástup konvekce, je spočítán vliv na měření teplotních proflů kryogenními teplotními snímači a nakonec je provedeno srovnání celkového přeneseného tepla experimentální celou s přenosem tepla prostřednictvím NF přes teplotní mezní vrstvy vznikající v RBC. Cílem bylo zjistit, zda by vliv NF mohl vysvětlit rozporné výsledky kryogenních experimentů při určení nástupu konvekce v RBC (kritického Rac) na základě měření přenosu tepla v RBC a v efektivitě teplného přenosu za vysokých hodnot Ra čísla. Z vyhodnocení vyplývá, že efekt NF na studované jevy je zanedbatelně malý.
|
|
| |
|
|
Detection of quantized vortices in the zero temperature limit using silicon/superconducting microwires
Goleňa, Maximilián ; Schmoranzer, David (vedoucí práce) ; Kohout, Jaroslav (oponent)
V tejto práci sme charakterizovali a používali Mikroskopické Elektrické Mechanické Oscilatory (MEMS) v rámci štúdia kvantovej turbulencie. Experimenty boli vykonane v teplotnom rozsahu 20-920 mK vo vákuu v rôznych magnetických poliach a v supratekutom héliu pri templote 20 mK. Rezonančné vlastnosti MEMS vo vákuu prejavovali nelineárne správanie. Píky merané na nízkych budiacich napätiach prejavovali, tzv. frequency soft- ening, a naopak píky merané na vysokých budiacich napätiach prejavovali frequency hardening. Ukázali sme, že pôvod týchto nelinearít pochádza v geometrii MEMS-ov. Ďalej sme zistili, že zariadenia sú supravodivé v magnetickom poli 12.6 mT a vo vyšších poliach sú v resistivnom stave. V rozmedzí 37.8-504 mT sa rezonančné vlastnosti MEMS- ov výrazne nemenia. Následne sme dokázali, že pohyb MEMS-ov v supratekutom héliu je silno tlmený a všetky body boli namerané v turbulentnom režime. Z výsledkov tejto práce vyplíva, že MEMS zariadenia môžu byť použité na generáciu kvantovej turbulencie alebo ako jej vysoko efektívna sonda. 1
|
|
|
Quantum fluid dynamics and quantum turbulence probed using micro- and nano-resonators
Midlik, Šimon ; Schmoranzer, David (vedoucí práce) ; Haley, Richard (oponent) ; Skyba, Peter (oponent)
Táto Práca predstavuje rozsiahlu štúdiu dynamiky kvantových kvapalín prostredníc- tvom ponorených mechanických rezonátorov o rozmeroch menších ako milimeter. Tieto detektory boli použité pre výzkum normálnej aj supratekutej kvapalnej fáze oboch izoto- pov hélia v širokom rozsahu tepl̂ot od 2.17 K po ≈ 150 µK. Rezonátory vo forme kremen- ných ladičiek a supravodivých vibtujúcich dr̂otikov sa ukázali byť vhodným nástrojom ako v hydrodinamickej limite tak aj balistickej limite supratekutého hélia popísaného dvojzložkovým modelom. V našich experimentoch možeme použiť tieto rezonátory nielen k vybudeniu turbulentného prúdenia ale aj k detekcii turbulencie v prúdení generovanom externými zdrojmi. K tomuto účelu prezentujeme charakterizačné merania na lokálnej úrovni s vibrujúcim dr̂otikom v tepelnom protiprúde a porvnávame ich s výsledkami me- tódy tlmenia druhého zvuku. Súčasťou Práce je ďalej charakterizácia prvotnej nestability, ktorá vzniká v oscilačných prúdeniach budených buď mechanicky alebo tepelne a jej pô- vod v normálnej či supratekutej zložke supratekutého hélia m̂ože byť identifikovaný na základe vhodného bezrozmerného parametru. Tieto merania umožnujú vysvetliť nejas- nosti v určovaní kritickej rýchlosti v predchádzajúcich experimentoch pojednávajúcich oscilačný protiprúd. Na záver diskutujeme...
|
|
|
Simulations of quantum turbulence in thermal counterflow of superfluid helium using the vortex filament method
Jurčo, Róbert ; Schmoranzer, David (vedoucí práce) ; Varga, Emil (oponent)
The aim of this bachelor thesis was to perform numerical simulations of quantum turbulence in superfluid helium in the so-called thermal counterflow. First, we verified an existing code developed by E. Varga with a few simple ex- amples and with a counterflow in a rectangular channel, where we compared the simulation results with experimental data obtained from Superfluidity Lab- oratories and other numerical simulations. Here, we also improved the code by finishing the Barnes-Hut tree algorithm, adding a low-pass filter and partially parallelized it for use in larger data center clusters. Later, we adapted the code to less common counterflow geometries, e.g. spherically symmetric counterflow where the spatial temperature distribution can also play an important role and must therefore be considered as an integral part of the simulation. 1
|
|
|
Measurements of quantum turbulence in spherically symmetric counterflow
Novotný, Filip ; Schmoranzer, David (vedoucí práce) ; Duda, Daniel (oponent)
Obsahem této práce je studium kvantové turbulence v supratekutém heliu generované pomocí sféricky symetrického tepelného protiproudu. Za tímto účelem byla vyrobena sférická cela z mosazi s bodovým odporovým topením ve středu. Turbulence byla de- tekována pomocí tlumení rezonancí druhého zvuku. Bylo proměřeno rezonanční spektrum až to 10 kHz a jednotlivé rezonanční frekvence byly srovnány s teoreticky spočtenými hodnotami. Dále byla studována závislost Hustoty vírových čar (VLD) na výkonu ̇Q, protiproudé rychlosti vns nebo na Reynoldsově čísle pro proudění normální složky Ren. Všechny tyto závislosti vykazují pomalu rostoucí oblast, která není v sousladu s teoret- ickým vzatahem L ∝ v2 ns, který vyplývá z Vinenovy rovnice. Dále byl měřen časový roz- pad kvantové turbulence generované stejným prouděním, který vykazuje závislost na čase jako L ∝ 1/t, což je v souladu s Vinenovou rovnicí. Také byl změřen a spočítán teplotní profil způsobený protiproudem. Pozorovaná závislost teplotního rozdílu na poloměru je 1/rp , kde p leží mezi 5 a 6. 1
|
|
| |
|
|
Sféricky symetrický tepelný protiproud supratekutého hélia
Novotný, Filip ; Schmoranzer, David (vedoucí práce) ; Kohout, Jaroslav (oponent)
Hlavním cílem této práce byl výzkum kvantové turbulence v suprateku- tém heliu ve speciálním typu proudění, sféricky symetrickém tepelném pro- tiproudu. Za tímto účelem byla navržena a na 3D tiskárně vyrobena sférická cela. Kvantová turbulence byla měřena tradiční metodou tlumení druhého zvuku. Sledován byl jak ustálený stav kvantové turbulence tak i její časový rozpad. Získaná závislost hustoty kvantovaných vírů L na rychlostí tepel- ného protiproudu vns, kdy data sledují L ∝ v3/2 ns , neodpovídá očekávání dle Vinenovy rovnice, která předpovídá L ∝ v2 ns. Z měření rozpadu turbulence v závislosti na čase t byla zjištěna závislost L ∝ t−1 , která v tomto případě pa- radoxně velmi dobře splňuje rozpadový mód vyplývající z Vinenovy rovnice. Sféricky symetrický tepelný protiproud tedy slibuje do budoucna zajímavé fyzikální otázky a bude i nadále předmětem vědeckého zájmu. 1
|
|
|
Mathematical modelling of selected problems in cryogenic fluid mechanics
Hodic, Jan ; La Mantia, Marco (vedoucí práce) ; Schmoranzer, David (oponent)
Termodynamika nízkoteplotních tekutin, jako například helium 4, je otevřený vědecký problém. Experimentální stadium podobností a rozdílů mezi kvantovou (supratekutou) a klasickou (viskózní) je specifickou, dynamicky se rozvíjející oblastí vědeckého bádání, které již vedlo ke značnému pokroku našeho fenomenologického pochopení základní fyziky. To take vedlo k objevu, že úplný úplný teoretický popis dané problematiky stále není k dispozici, tak jako například v pozorovaném chování pevných těles. Práce má za cíl odvodit existence slabého řešení rovnic, odpovídajících Landauovu modelu supratekutého helia 4 a jejich přibližná numerická schemata.
|
|
|
Generation and detection of quantum turbulence in He II by second sound
Midlik, Šimon ; Schmoranzer, David (vedoucí práce) ; La Mantia, Marco (oponent)
V tejto práci prezentujeme výsledky nášho výskumu kvantovej turbulencie generovanej oscilujúcim protiprúdom normálnej a supratekutej zložky He II, v nadväznosti na predošlé experimenty kanálového prúdenia supratekutého hélia vo forme tepelného protiprúdu (counterflow), spoločného prúdenia oboch zložiek (coflow) a prúdenia čisto supratekutej zložky (superflow). Zamerali sme sa na štúdium vývoja, stacionárneho stavu a rozpadu skúmanej turbulencie v závislosti na použitom harmonickom móde pre tri rôzne teploty 1,45 K, 1,65 K a 1,83 K . K určeniu množstva generovaných kvantovaných vírov sme využili metódu tlmenia signálu druhého zvuku budeného s nízkou amplitúdou kolmo na dĺžku kanála. Výsledkom práce je popis kritických parametrov a ich hodnôt inicializujúcich generáciu kvantovej turbulencie pre oscilujúci protiprúd. V prípade meraní rozpadu kvantovej turbulencie sa nám podarilo rozlíšiť dva typy rozpadov, a to Vinenov typ a Kolmogorov typ prebiehajúcich v pozorovanej turbulencii.
|
host ::
RSS.