Measurements of quantum turbulence in spherically symmetric counterflow

Abstract

This work concerns with quantum turbulence in superfluid helium generated via spher- ically symmetric thermal counterflow. To this end, we designed a spherical brass cell with a point-like heater in the middle. The turbulence is detected using attenuation of second sound resonances. We mapped these resonances up to 10 kHz and compared them with theoretically calculated values. We obtained a dependence of Vortex line density (VLD) on the power ̇Q, the counterflow velocity vns or the normal component Reynolds number Ren. All of these dependencies exhibit a slowly growing region, which is not in agreement with the theoretical relation L ∝ v2 ns following from the Vinen equation. Moreover, we measured temporal decay of the quantum turbulence in the same flow and demonstrated scaling with time as L ∝ 1/t. This is in good agreement with the Vinen equation. Addi- tionally, the temperature profile caused by the counterflow was measured and calculated. We observed that the temperature difference drops with the radius as 1/rp , where p is between 5 and 6. 1

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