Recent results on instabilities and turbulence in couette flow

Abstract

The evolution of spatial and temporal order of a fluid contained between concentric cylinders with the inner cylinder rotating has been investigated by flow visualization and laser Doppler velocimetry, and by measuring spatial correlations in the scattered intensity. Various states and transitions have been observed, depending on the Reynolds number history of the flow. A transition sequence observed when the Reynolds number is slowly increased is the following: to (time-independent) Taylor vortex flow, which, with its axial periodicity, breaks the axial translational symmetry; to wavy vortex flow, which is periodic in time and can have four-fold axial rotational symmetry; to modulated wavy vortex flow, which is quasiperiodic in time (with two frequencies) and can have two-fold axial rotational symmetry; and to weakly turbulent wavy vortex flow, where the power spectrum of the time series has two sharp peaks and one broad component, and the flow no longer has complete spatial periodicity in the axial direction. L'évolution de l'ordre spatial et temporel, dans un fluide placé entre des cylindres concentriques, le cylindre intérieur étant en rotation, a éré étudiée par visualisation de l'écoulement et par vélocimétrie Doppler sur un faisceau laser, ainsi que par la mesure des corrélations spatiales dans l'intensité diffusée. On a observé différents états et différentes transitions qui dépendent de l'histoire de nombre de Reynolds de l'écoulement. Avec une augmentation lente du nombre de Reynolds, on observe la succession suivante de transitions: transition à un écoulement tourbillonnaire de Taylor (indépendant du temps), lequel, avec sa périodicité axiale, brise la symétrie de translation axiale; transition à un écoulement tourbillonnaire avec vagues, lequel est quasipériodique dans le temps (avec deux fréquences) et peut avoir une symétrie rotationnelle axiale d'ordre deux; transition à un règime tourbillonnaire avec vagues et faiblement turbulent où le spectre de puissance de la série temporelle a deux pics prononcés et une composante large, et où l'écoulement n'a plus une périodicité spatiale complète dans la direction de l'axe.