[论文解读] Kelvin-Helmholtz instability of superfluid liquid free surface

S. E. Korshunov|arXiv (Cornell University)|Mar 19, 2002

Quantum, superfluid, helium dynamics被引用 1

一句话总结

本文研究了超流体液体自由表面处的开尔文-赫姆霍兹不稳定性，该不稳定性由超流分量与正常分量之间的相对运动所驱动。尽管存在粘性，不稳定性阈值仍与粘性大小无关，且实际上低于无耗散情况下的阈值，这与超流氦-3实验结果一致。

ABSTRACT

We analyse the analog of the Kelvin-Helmholtz instability on free suface of a superfluid liquid. This instability is induced by the relative motion of superfluid and normal components of the same liquid along the surface. The instability threshold is found to be independent of the value of viscosity, but turns out to be lower than in absence of dissipation. The result is similar to that obtained for the interface between two sliding superfluids (with different mechanism of dissipation) and confirmed by the first experimental observation of the Kelvin-Helmholtz instability on the interface between A and B phases of superfluid helium-3 by Blaauwgeers et al. (cond-mat/0111343).

研究动机与目标

• 理解超流体液体自由表面处开尔文-赫姆霍兹不稳定的起始条件。
• 研究粘性和耗散机制对不稳定性阈值的影响。
• 与两股滑动超流体之间的界面不稳定性进行类比。
• 为超流氦-3中的实验观测提供理论支持。

提出的方法

• 对超流体液体自由表面处的水动力不稳定性进行解析建模。
• 将超流分量与正常分量之间的相对运动作为驱动机制。
• 通过线性稳定性分析确定不稳定性阈值。
• 与双超流界面系统的已知结果进行比较。
• 通过粘性引入耗散效应，同时表明其对阈值影响可忽略。

实验结果

研究问题

• RQ1 超流体液体自由表面处开尔文-赫姆霍兹模态的不稳定性阈值是什么？
• RQ2 粘性如何影响超流体系统中不稳定的起始？
• RQ3 单超流系统中的不稳定性阈值与双超流界面系统中的阈值相比如何？
• RQ4 该理论框架能否解释超流氦-3中开尔文-赫姆霍兹不稳定性实验观测？

主要发现

• 不稳定性阈值与超流体系统中粘性大小无关。
• 在存在耗散的情况下，不稳定性阈值低于无耗散情况。
• 结果与两股滑动超流体界面（如氦-3的A相和B相）中的观测结果类似。
• 理论发现与超流氦-3中首次观测到开尔文-赫姆霍兹不稳定性的实验结果一致。