Stability and instability of Taylor–Couette flows of a Bingham fluid
Notice bibliographique
Résumé
We consider in detail the Taylor–Couette problem for a Bingham fluid, presenting a range of analytical and computational results. First, for co-rotating cylinders it is known that the critical inner cylinder Reynolds number $\hbox{\it Re}_{1,c}$ , does not increase monotonically with the Bingham number $B$ , over a range of small to moderate $B$ . It is the only situation that we know of where a yield stress fluid flow is less stable that the corresponding Newtonian fluid flow. This effect was discovered independently by Landry (2003, MSc thesis) and Peng & Zhu (J. Fluid Mech. vol. 512, 2004, p. 21), but the mechanism has not been explained. Here we show that the decrease in critical Reynolds number is due to an increase (at small $B$ ) in the rate of strain of the basic flow, which amplifies the transfer of energy from the basic flow to the perturbation, via the inertial terms in the energy equation. At larger $B$ , the yielded region contracts and the inertial energy transfer is bounded by the yield stress dissipation. We next consider the effects of large $B$ . For fixed radius and Reynolds number ratios, we show that for sufficiently large $B$ all basic flows have an unyielded fluid layer attached to the outer wall. For these flows we show that there is a similarity mapping that maps both the basic solution and the linear stability problem onto the stability problem for an outer cylinder of radius equal to the yield surface radius. The Reynolds and Bingham numbers of the transformed problems are smaller than that of the original problem, as is the wavenumber $k$ . As $B \,{\to}\, \infty$ , the yield surface approaches the inner cylinder, defining a narrow gap limiting problem that differs from the classical narrow gap limit. Via the transformed problem we derive an energy estimate for stability: $\hbox{\it Re}_{1,c} k_c \,{\sim}\, B^{1.5}$ as $B \,{\to}\, \infty$ , which compares well with our computed results for a stationary outer cylinder: $\hbox{\it Re}_{1,c} \,{\sim}\, B^{1.25}$ and $k_c \,{\sim}\, B^{0.375}$ . We also show how $\hbox{\it Re}_{1,c} \,{\sim}\, B^{1.25}$ can be deduced from a simple order of magnitude analysis, for a stationary outer cylinder. Finally, we consider the second (classical) narrow gap limit in which the radius ratio $\eta$ , approaches unity, for fixed $B$ and Reynolds number ratio. We show that $\hbox{\it Re}_{1,c} \,{\gtrsim}\, (k^2[1 + O(B)] + \pi^2)/(1-\eta)^{1/2}$ in this limit.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,003 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».