Niestabilność Rayleigha-Taylora

Niestabilność Rayleigha – Taylora to ciekawe zjawisko fizyczne, które zachodzi na granicy faz cieczy o różnych gęstościach w momencie, gdy jedna z nich jest “wstrzykiwana” w drugą. Zainteresowanych odsyłaam do angielskojęzycznej Wikipedii - można poczytać o zjawisku i gdzie znajduje się też kilka ciekawych linków. Ciekawy sposób zaobserwowania tego zjawiska w warunkach domowych to szklanka wypełniona w 1/4 melasą i zalana mlekiem. Szklankę ogrzewamy w mikrofali. W pewnym momencie ciepła melasa zmieni gęstość i siła wyporu zacznie wbijać ją w mleko tworząc właśnie w/w niestabilność (melasa nie jest u nas łatwo dostępna więc szukam zamiennika – miód nie działa – sprawdzone 😉

Równania opisujące ruch płynów dający niestabilność R-T to układ równań Eulera (zachowanie masy, pędu, energii + warunki dodatkowe + równania konstytutywne). Ułożenie równań samych w sobie nie jest proste, a rozwiązanie raczej tylko numeryczne. Można oczywiście wrzucić je do Fluenta, ale żeby mieć więcej fun, można samemu napisać sobie solver i spróbować samemu wygenerować rozwiązanie.

Jak to zrobić, możecie przeczytać w poniższym artykule:

Poniżej króciutkie rozwiązanie (ewolucja pola gęstości płynu) dla jednego z problemów dających niestabilność R-T. Poniższa animacja kosztowała mnie 16h obliczeń taktowanych jednym rdzeniem 2,4GHz (nie tylko Microsoftu nie stać na optymalizację kodu). Animacja pokazuje, jak płyn o wysokiej gęstości (godzina 2) rozpręża się w płynie o niskiej gęstości (godzina 7). Widać dobrze, formujący się “grzybek” charakterystyczny dla niestabilności R-T.

![kanal](density_profile_resized.gif)

Poniżej jeszcze prtscreen z pola gęstości. Bardzo dobrze widać “zmarszczki” – odbicia fali od ścianek obszaru.

![kanal](trzy.jpg)