polygonstrukturer i hvirvelstr˝mme - forskerspirer · orkaner her p a jorden er langt fra stabile...

Polygonstrukturer i hvirvelstrømme

Asbjørn Bækgaard Lauritsen3.y, Frederiksberg Gymnasium

NaturvidenskabProjekt Forskerspirer 2014

23. oktober 2014

Asbjørn Bækgaard Lauritsen

3.y, Frederiksberg Gymnasium

Indhold

1 Indledning 1

2 Formal og problemformulering 2

3 Teori 33.1 Hvirvler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.2 Fasediagrammer over mængden og rotationshastigheden . . . . 43.3 Model for polygonstrukturer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.4 Leidenfrost-effekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

4 Forsøg 54.1 Metode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.2 Planlægning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.3 Budget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

5 Konklusion og perspektivering 7

6 Kontakter 8

A Litteratur 9A.1 Artikler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9A.2 Bøger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9A.3 Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

B Bilag 11B.1 Bilag 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11B.2 Bilag 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12B.3 Bilag 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13B.4 Pilotforsøg 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14B.5 Pilot 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15B.6 Forsøgsopstilling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

i



1 Indledning

Hvirvelstrømme findes overalt og i mange størrelser. Der dannes hvirvler, narman tømmer et badekar, orkaner er hvirvler i luften, og selv pa andre planeterer der hvirvelstrømme, som eksempelvis Jupiters plet [7]. Bemærkelsesvær-digt nok er ikke alle hvirvler cirkulære. Orkanens øje kan have form som enpolygon1 [8], og pa Saturns nordpol befinder sig en meget stor hvirvelstrømmed form som en sekskant2 [9].

Strukturen pa Saturn er meget interessant, da den er stabil og har væretset siden 1980’erne [9]. Orkaner her pa Jorden er langt fra stabile nok til atkunne eksistere i sa lang tid.

Den sekskantede struktur pa Saturn befinder sig ved ca. 77 grader nord,og der er næsten ingen transport af materiale mellem inder- og ydersiden afstrukturen [9].

For at forsta sadanne strukturer er forsøg blevet lavet med en opstilling,hvor vand anbringes i en cylindrisk beholder, hvor kanten er stationær, ogbunden roteres [1, 2]. Nar bunden roterer hurtigt nok, skubbes vandet udtil kanten af beholderen grundet centrifugalkraften, og der dannes et hul imidten. Dette hul har, ved de rette mængder vand og rotationshastigheder,form som en polygon. Der er set mellem 2 og 6 kanter3 [1, 2].

Andre forsøg er ogsa blevet lavet med nogenlunde samme forsøgsopstilling.Her har man i stedet roteret bunden langsommere, saledes at der ikke danneset hul i midten [1, 3]. Strømningsmønstrene i vandet males ved at tilsætte lidtfarve [3] eller mange sma stykker let materiale, der ikke pavirker strømningen[1]. Strømningerne i vandet i disse forsøg danner ogsa en polygonstruktur.

Polygonstrukturerne er yderligere observeret i et system, hvor flydendekvælstof roteres rundt i en stationær cylindrisk beholder under opvarmning4

[4]. Baggrunden for at anvende flydende kvælstof er, at omstændighedernefor strukturernes dannelse i forsøgene med vand langt fra er noget, der kunneske naturligt. I forsøget med vand findes en stationær kant meget tæt pa enhurtigtroterende bund. I naturen ville der i stedet være en gradvis ændringaf hastigheden. Forsøget med kvælstof, derimod, har ikke pr. konstruktion etsadant problem.

Forsøget med flydende kvælstof er indtil videre kun blevet udført kvalita-tivt, hvormed det er set, at højere rotationshastigheder giver flere kanter paden dannede polygonstruktur [4]. Det, der er set i forsøget, er, at kvælstoffetsrotationshastighed med tiden falder, samtidig med at mængden af kvælstoffetogsa falder. Dette skyldes kogningen. Hvis rotationshastigheden starter højnok, vil den først sete struktur være en cirkel. Hernæst vil muligvis ses en

1Mangekant. Se forside nederst til højre2Se figur B.1 side 11 og forside nederst til venstre.3Se figur B.2 side 12. 2-kanten er en ellipse.4Udseende af strukturer pa figur B.3 side 13 og forside øverst.

1



sekskant, hvorefter der ses en femkant osv. indtil til sidst, hvor der muligvisses en ellipse, før der vil være for lidt kvælstof tilbage til at danne en synligstruktur.

2 Formal og problemformulering

For at undersøge fænomenet med polygonstrukturerne i hvirvler arbejdes medforsøget med flydende kvælstof5, da dette ikke kræver unaturlige hastigheds-skel, som der kræves i forsøget med vand. Samtidig arbejdes kun med hvirvler,hvor centrifugalkraften er stor nok til at danne et hul i midten af væsken. Pro-jektforsøget sammenlignes derfor ikke med de i [1] og [3] udførte forsøg, somfokuserer pa strømmene i væsken, nar der ikke er et hul i midten.

Formalet med projektforsøget er at kontrollere variablene i forsøget medflydende kvælstof, saledes at det kan generere kvantitative data til brug ien videre analyse med henblik pa at undersøge fænomenerne generelt og be-stemme, hvorvidt fænomenet generelt kan beskrives med en model. Detteformuleres i problemformuleringen:

Hvilke kvantitative sammenhænge kan findes mellem rota-tionshastigheden, volumen og antal kanter i den dannede po-lygonstruktur for roterende flydende kvælstof i en cylindriskbeholder under konstant varmetilførsel? Og hvilke sammen-hænge kan findes mellem strukturernes fremkomst i dette sy-stem og andre systemer sasom pa Saturn?

Der arbejdes kun med rotationshastigheden og volumenet, da dette erde variable, der er arbejdet med i de tidligere forsøg med vand [1, 2]. Saledeskan konklusionerne for projektforsøget sammenholdes med konklusionerne fradem. Dette vil være behjælpeligt i forhold til at arbejde med en generel teori.

Samtidig opstilles hypotesen:

Skellene mellem faserne for de forskellige polygonstruktureri et (h, f)-diagram kan tilnærmelsesvis beskrives som lineærefunktioner, fN(h) = aNh + bN , hvor N betegner antal kanterpa den dannede polygonstruktur.

I et (h, f) diagram6 betegner f frekvensen7, og h gennemsnitshøjden forvæskestanden8.

5Dette forsøg vil fremover blive kaldt ‘projektforsøget’.6Se afsnit 3.2.7Frekvensen og rotationshastigheden er proportionale.8Da beholderen er cylindrisk er h ∝ V , V er volumenet.

2



Denne hypotese formodes at blive konklusionen pa projektforsøget, da detantages at være forbundet med forsøget med vand i en cylindrisk beholder [4],hvorfor det er rimeligt at formode, at der gælder samme kvalitative konklusionsom for forsøgene med vand [1, 2] og modellen for disse [4].

3 Teori

Om forsøg med kvælstof fra [4] vides, at der er korrelation mellem højererotationshastighed og flere kanter pa den dannede polygonstruktur. Dette vilogsa gælde for projektforsøget.

3.1 Hvirvler

En væske i rotation kan danne en hvirvel. Dette vil eksempelvis ske, hvis væ-sken befinder sig i en stillestaende beholder, mens den selv roterer. Ligeledeskan en gas i rotation danne en hvirvel. En hvirvel er en væske eller gas, derroterer om et centrum [10].

Den form for hvirvler, der bruges i modellen for strukturerne i [4], er enspeciel form for roterende hvirvler, hvor der gælder, at v ∝ r−1, hvor v erstørrelsen af hastigheden og r afstanden fra centrum [6, 10]. Samtidig gælder,at rotationen i centrum er uendelig og 0 i alle andre punkter9 [6]. Rotationener et mal for, hvor meget væsken roterer om sig selv, nar den flyttes rundt ihvirvlen.

Denne strømning har en speciel form: Overfladen tættest mod centrumaf hvirvlen er nærmest lodret, mens overfladen længere væk fra centrum ernærmest vandret. Dette skyldes, at der for centrifugalkraften, som skubbervæsken ud mod siden, gælder, at F ∝ v2/r, hvor F betegner størrelsen afkraften, og derfor, at F ∝ r−3. Centrifugalkraften bliver altsa meget sva-gere, nar r stiger, samtidig med at den er meget stor, nar r er meget lille.Tyngdekraften, som er den anden vigtige kraft, er ikke afhængig af r.

Hvis systemet ses udefra, er centrifugalkraften vandret og peger udad.Tyngdekraften er lodret og peger nedad. Nar r er lille, og centrifugalkraftenderfor er stor og meget større end tyngdekraften, vil den resulterende kraftderfor være tæt pa vandret. Modsat, hvis r er stor, og centrifugalkraften derforer lille og meget mindre end tyngdekraften, vil den resulterende kraft værenæsten lodret. Ved ligevægtstilstand vil der gælde, at den resulterende krafti alle punkter pa overfladen er vinkelret pa tangenten til overfladen. Hvis denikke er, ville der være en kraft langs overfladen, og væsken ville accelerere, iden retning kraften peger, og derfor ikke være i ligevægt. Heraf fas hvirvlensstruktur.

9En god animation af dette, samt for en hvirvel, hvor v ∝ r, ses i [11].

3



3.2 Fasediagrammer over mængden og rotationshastig-heden

Forsøg med vand har vist, at skellene mellem faserne for de forskellige poly-gonstrukturer i et (h, f)-diagram tilnærmelsesvis er lineære funktioner [2], sefigur 1.

Figur 1: (H, f) diagram. H (betegnet h i teksten) er den gennemsnitlige højdeog f frekvensen af pladen i bunden. Fasediagrammet er for en opstilling, hvorradius var 13,1 cm, og de stiplede linjer er overgangene for en opstilling meden radius pa 19,4 cm. Fra [2]

Skellene er ligeledes tilnærmelsesvis lineære i modellen for disse struktureri [4], som udvides i [5] til at inkludere større omrader i faserne.

3.3 Model for polygonstrukturer

Fænomenet med polygonstrukturerne er i [4] og [5] beskrevet som en resonansmellem centrifugalbølger ved overfladen tættest ved centrum og tyngdebølgerpa overfladen yderst.

Den primære forskel mellem [4] og [5] er, at [5] inkluderer fremkomsten afstrukturerne, nar rotationshastigheden ikke er stor nok til at danne et hul imidten. Herved indeholder den ogsa de forsøg, der er udført med henblik paat beskrive fænomenet pa Saturn [3].

Radius af hullet i midten, som funktion af vinklen fra et givet nulpunkt,kan beskrives som en sum af sinus- og cosinusfunktioner med et helt tal n somderes faser.10 Amplituden An for bølgen med fasen n er mal for dens størrelse[1].

10Dette kaldes Fourierrækker, se [12].

4



Bølgen, med n = 0, er en cirkel, og A0 er den gennemsnitlige radius forhullet. Bølgen, med n = 1, vil have en bølgetop og en bølgedal. Den er enforskydning fra centrum af beholderen, og A1 er størrelsen af denne.

En trekantet struktur vil have en høj værdi af A3 og af A0, men lavere afde andre.

En Fourieranalyse vil dekonstruere bølger til at give de enkelte amplituder,hvormed det kan ses, hvilken form strukturen havde. Dette er nyttigt, hvisstrukturen er en overgangsfase mellem to forskellige polygonstrukturer.

Tyngdebølgernes og centrifugalbølgernes udbredelsesretning er modsatret-tede i forhold til den gennemsnitlige strømning, og polygonstrukturerne er imodellen sammensætningen af centrifugalbølgerne. Bølger kan beskrives somsinus- og cosinusfunktioner, og summen af disse er det, der ses som polygon-strukturen.

Problemet med denne model er, at den inkluderer tyngdebølger pa dennæsten vandrette overflade. De skulle, ifølge modellen, være omtrent lige sastore som centrifugalbølgerne. I forsøgene ses disse tyngdebølger dog næstenikke, da vandstanden ud mod kanten er nærmest konstant.

Denne fejlmargin, som modellerne indebærer, samt andre forsimplingerbevirker, at de faser af polygonstrukturer, der, ifølge modellen, er i et (h, f)-diagram, er meget mindre og ikke grænser op til hinanden som i forsøgene[2].

3.4 Leidenfrost-effekten

Leidenfrost-effekten er en effekt, der optræder, hvis en lille mængde væskeanbringes pa en overflade med en temperatur meget højere end væskens ko-gepunkt. En del af væsken kommer pa gasform og lægger sig mellem væskenog overfladen. Derved bliver der næsten ingen friktion, da der ikke er nogenfriktion mellem væsken og overfladen, og friktionen mellem gassen og overfla-den er betydeligt mindre [13].

Leidenfrost-effekten er et vigtigt element i, hvorfor polygonstrukturerneopstar i projektforsøget. Strukturerne er ikke set i vand, hvis det roteresrundt i en cylindrisk beholder ved stuetemperatur, og den primære forskel pakvælstof og vand, med indflydelse pa projektforsøget, er deres kogepunkter.Hvis projektforsøget skulle laves med vand i stedet, ville det derfor krævemeget høje temperaturer, hvilket ville være væsentligt mere besværligt, endhvad handteringen af flydende kvælstof er.

4 Forsøg

Projektforsøget gar ud pa at anbringe en given mængde flydende kvælstof ien beholder under konstant varmetilførsel og sætte en rotation igang i kvæl-

5



stoffet. Dette skal gøres præcist og reproducerbart.11

Vanddampen i luften kondenserer, hvis den kommer i kontakt med kvæl-stoffet grundet temperaturforskellen. Vanddamp i beholderen vil forringe sigt-barheden, hvorfor det er vigtigt, at der ikke befinder sig vanddamp i luften ibeholderen.

Dette opnas ved, at en plade med en lille abning lægges over beholderen.Kvælstoffets kogning danner konstant gas i beholderen, som bevirker, at derdannes et overtryk i beholderen. Derfor laves den lille abning i pladen, sagassen kan komme ud. Meget hurtigt vil den eneste gas i systemet derforvære kvælstof.

Pladen medfører en forstærkning af fejlkilden, idet kvælstoffet koger vækinden malinger tages, da det tager tid, at lægge pladen pa beholderen, og tidfør vanddampen er væk. Samtidig er det svært at gøre denne del af processenreproducerbar, da det kræver menneskelig indblanding. Pladen regnes dogikke for at have nogen indflydelse pa systemet, da den kun er til for at hjælpedataopsamlingen og derfor ikke vigtigt i forhold til reproducerbarheden.

4.1 Metode

Rotationshastigheden styres ved brug af en sliske. Kvælstoffet løber ned adslisken, hvorved det opnar en fart. Den konverteres til rotationshastighed,nar det kommer ned i beholderen. Ved at ændre pa højdefaldet for sliskenkan rotationshastigheden ændres. Samtidig kan mængden af kvælstof, deranbringes i slisken varieres. Saledes kan de to variable styres.

Slisken, som værktøj til at styre rotationshastigheden for kvælstoffet, væl-ges frem for en propel, da den i pilotforsøget udført d. 30. september 2014viste sig mere egnet til brug i projektforsøget.12 Slisken har den mindst muligemenneskelige indblanding og er saledes mere reproducerbar end, hvis rotatio-nen skulle startes med en propel. Slisken kan samtidig hurtigt drejes væk, sapladen kan lægges pa.

Varmetilførslen til beholderen sker via et vandbad opvarmet til 60◦C. Glas-beholderen til kvælstoffet befinder sig nedsunket i dette vandbad med vægte,saledes at beholderen holdes fast. Vandmængden i vandbadet er meget størreend den mængde kvælstof, der males pa i hvert forsøg. Dette sikrer, at be-holderen vil bibeholde en temperatur høj nok til, at kvælstoffet ikke kommeri kontakt med den. Samtidig er temperaturen lav nok til, at der ikke dannesfor mange bobler i vandbadet, som forstyrrer billedet.

11Se afsnit B.6 for billeder af forsøgsopstillingen.12Se afsnit B.4 side 14.

6



4.2 Planlægning

Projektets udførsel deles op i 3 faser: (i) konstruktion af opstilling, (ii) udførselog (iii) databehandling. En del af arbejdet, der skal udføres i første del, erallerede blevet udført i pilotforsøgene udført d. 30. september 2014 og d. 16.oktober 2014.13 Det, der mangler, er konstruktionen af systemet og de sidstetests for at se, at det virker og er reproducerbart. Denne fase forventes attage godt 1 maned.

Anden fase gar med at udføre projektforsøget. Dette forventes ogsa attage godt 1 maned.

Sidste fase gar med databehandling. Her vurderes projektforsøgets data iforhold til tidligere forsøg [2], og modellen udbygges ud fra projektforsøgetserfaringer. Her vil der være fokus pa ogsa at sammenholde data med forsøgomkring Saturns nordpol for at undersøge, hvorvidt strukturens fremkommener forbundet med deres fremkommen i projektforsøget. Fasen regnes at tagegodt 1 maned.

Alt i alt forventes projektet derfor at tage ca. 4 maneder.

4.3 Budget

Slisken og systemet skal konstrueres, og der skal bruges software til data-behandling. Værkstedet pa Danmarks Tekniske Universitet vil konstrueresystemet og slisken, og der skal kun betales for materialer i den sammen-hæng. Glasskalen, der blev benyttet til pilotforsøgene, skal opgraderes. Ne-denstaende tabel indeholder projektets budget.

Genstand Noter Pris i kr.Kvælstof 500 L a 1 kr./L 500Glasskal 2000Konstruktion af system Gryde og kogeplade 2500Konstruktion af sliske Materialer 1000Software til databehandling Matlab 1000Uforudsete udgifter 3000Sum 10.000

5 Konklusion og perspektivering

Vi regner med at verificere hypotesen14, at skellene mellem de forskellige faseri et (h, f)-diagram er lineære funktioner. Ligeledes forventer vi, at projekt-forsøgets data er i overensstemmelse med tidligere sete kvalitative sammen-

13Se side 14 og 15.14Se side 2

7



hænge mellem rotationshastighed og antal kanter pa den dannede polygon-struktur.

Hvis hypotesen bliver verificeret, tyder det pa, at den nuværende modeler nogenlunde rigtig, men bare bør udbygges. Det fremtidige arbejde her villevære at betragte systemet teoretisk og derved prøve at udlede en bedre model.Denne model ville sa inkludere fremkomsten af strukturerne i bade forsøgetmed vand og i kvælstof. Da modellen inkluderer strukturernes fremkomst,nar der ikke er en hurtig nok rotation til, at der dannes et hul i midten, vildet derfor være meget muligt, at en sadan model ville være sa generel, at denogsa kunne beskrive strukturernes fremkomst i orkaner og pa Saturn.

Hvis hypotesen derimod bliver falsificeret, er modellen nok ikke sa generelsom tidligere fremsat. Her ville det være interessant at se pa, hvilke forskelleder er mellem projektforsøget og forsøget med vand for at finde en forkla-ringsmulighed. Det fremtidige arbejde ville igen være at betragte forsøgeneteoretisk og udvikle en ny og bedre teori. Denne teori bør udvikles saledes, atden ogsa indeholder forsøgene om Saturns resultater, for at denne strukturligeledes er indeholdt i modellen.

Projektforsøget beskrevet i denne synopsis giver ikke nødvendigvis svarenepa disse alle problemstillinger, men giver et bedre grundlag for udviklingen afen teori. Databehandlingen vil være de første skridt i udviklingen af en sadanteori.

6 Kontakter

Forskerkontakt:Tomas Bohr, Professor, Institut for Fysik, Danmarks Tekniske Universitet.

Laust Tophøj, Postdoc, Plasma Physics and Fusion Energy section, Insti-tut for Fysik, Danmarks Tekniske Universitet.

Mette Høst, billedkunstner, Tilknyttet Niels Bohr instituttet og center fornaturfilosofi, Københavns Universitet.

8



Billeder pa forside:Øverst: fra pilotforsøg d. 16/10-14, fotograf: Mette Høst.Nederst til venstre: fra [14].Nederst til højre: fra [8].

A Litteratur

A.1 Artikler

[1] Bergman, R.; Tophøj, L.; Homan, T. A. M.; Hernsen, P.; Andersen, A. &Bohr, T., 2011, “Polygon formation and surface flow on a rotating fluidsurface”, J. Fluid Mech. 679, 415-431.

[2] Jansson, T. R. N.; Haspang, M. P.; Jensen, K. H.; Hersen, P. & Bohr,T., 2006, “Polygons on a Rotating Fluid Surface”, Phys. Rev. Lett. 96,174502.

[3] Aguiar, A. C. B.; Read, P. L.; Wordsworth, R. D.; Salter, T.; Yamazaki,Y. H., 2009, “A laboratory model of Saturn’s North Polar Hexagon”,Icarus 206 (2010), 755-763.

[4] Tophøj, L.; Mougel, J.; Bohr, T. & Fabre, D., 2013, “Rotating Poly-gon Instability of a Swirling Free Surface Flow”, Phys. Rev. Lett. 110,194502.

[5] Mougel, J.; Fabre, D.; Lacaze, L.; Bohr, T. & Tophøj, L., 2013, “Wavesand instabilities in rotating free surface flows”, 21 eme Congres Francaisde Mecanique, 26. august 2013 - 30. august 2013.

A.2 Bøger

[6] Kundu, Pijush K., 1990, “Fluid Mechanics”, Academic Press.

A.3 Internet

[7] NASA: “Jupiter: Overview”http://solarsystem.nasa.gov/planets/profile.cfm?Object=

Jupiter, senest besøgt 17/10-14

[8] Hurricanes: Science and Society: “Hurricane Structure”,http://www.hurricanescience.org/science/science/

hurricanestructure/, senest besøgt 09/10-14.

9

http://solarsystem.nasa.gov/planets/profile.cfm?Object=Jupiter

http://solarsystem.nasa.gov/planets/profile.cfm?Object=Jupiter

http://www.hurricanescience.org/science/science/hurricanestructure/

http://www.hurricanescience.org/science/science/hurricanestructure/



[9] NASA Jet Propulsion Laboratory: “Saturn’s Mysterious Hexagon Emer-ges from Winter Darkness”,http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2009-187, sene-st besøgt 09/10-14.

[10] Den Store Danske: “hvirvel”,http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/

Fysik/Fluid_dynamik/hvirvel, senest besøgt 20/10-14.

[11] Wikipedia: “Vortex”,http://en.wikipedia.org/wiki/Vortex, senest besøgt 14/10-14.

[12] Wolfram MathWorld: “Fourier Series”,http://mathworld.wolfram.com/FourierSeries.html, senest besøgt21/10-14.

[13] Den Store Danske: “Leidenfrosts fænomen”,http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/

Fysik/Statistisk_fysik_og_termodynamik/Leidenfrosts_f%C3%

A6nomen, senest besøgt 18/10-14.

[14] NASA Jet Propulsion Laboratory: “In Full View: Saturn’s StreamingHexagon (black and white)”,http://saturn.jpl.nasa.gov/video/videodetails/?videoID=264,senest besøgt 14/10-14.

10

http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2009-187

http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Fysik/Fluid_dynamik/hvirvel

http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Fysik/Fluid_dynamik/hvirvel

http://en.wikipedia.org/wiki/Vortex

http://mathworld.wolfram.com/FourierSeries.html

http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Fysik/Statistisk_fysik_og_termodynamik/Leidenfrosts_f%C3%A6nomen



http://saturn.jpl.nasa.gov/video/videodetails/?videoID=264



B Bilag

B.1 Bilag 1

Figur B.1: Sekskantet struktur pa Saturns nordpol. Fra [14]

11



B.2 Bilag 2

Figur B.2: Polygonstrukturer set i forsøget med vand. Fra [2]

12



B.3 Bilag 3

Figur B.3: Trekantet struktur set under pilotforsøg d. 16/10-14. Boblen er enluftboble, der befinder sig under beholderen. Fotograf: Mette Høst

13



B.4 Pilotforsøg 1

Pilotforsøg udført d. 30. september 2014.

Midlertidig forsøgsopstilling konstrueredes, og 2 metoders evner til at starteen rotationshastighed i kvælstoffet testedes kvalitativt.

De testede metoder var en propel og en sliske.Beholderen til kvælstof var af glas og nedsunket i et vandbad. Beholderen

blev holdt fast af en træplade og spændt fast til vandbadet, sa den ikkebevægede sig.

Propellen blev drevet af en boremaskine med en lille propel for enden. Densrotationshastighed var svær at styre præcist, men en motor, designettil at kunne køre med en bestemt frekvens, ville kunne bruges.

Konstruktionen virkede, men propellen var for lille og kom derfor ikke ikontakt med kvælstoffet, hvis der var for lidt i. Dette ville kunne løsesmed en større propel.

Rotationshastigheden indstillede sig meget hurtigt i kvælstoffet til pro-pellens rotationshastighed.

Propellen havde den problematik, at der var menneskelig styring indover, og der skal gøres mange ting, hver gang forsøget udføres. Hervedbliver forsøget svært at reproducere.

Slisken blev bygget af et plakatrør og et kamerastativ. Mundingen var forstor, og en del af kvælstoffet kom uden for beholderen. En mindre mun-ding ville forhindre dette.

Denne konstruktion virkede ogsa. Retningen af slisken var ikke den sam-me hver gang. Dette skulle forbedres.

Slisken ændrer ikke selv strømningen. Den er hævet over beholderen oger derfor ikke i kontakt med kvælstoffet, efter det har forladt slisken.

Hvis rotationshastigheden skulle ændres, skulle sliskens vinkel ændres,hvilket var en meget langsommelig proces.

Konklusion: Slisken er den bedste metode. Denne vil videreudvikles i andetpilotforsøg.

14



B.5 Pilot 2

Pilotforsøg udført d. 16. oktober 2014.

Midlertidig forsøgsopstilling forbedredes ud fra de af tidligere pilotforsøg til-egnede erfaringer.

Slisken var denne gang lidt bredere end ved tidligere pilotforsøg.Der konstrueredes en munding til slisken, som gjorde kanalen mindre.

Dette havde den effekt, at kvælstoffets hastighed ikke var lige sa høj, som daden ikke var der. Samtidig var der en meget større spredning i hastigheden.Derfor fravalgtes denne til de senere forsøg.

Samtidig var problemet, med at kvælstoffet ikke kom ned i beholderen,forbundet til, at der kom for meget kvælstof ned samtidig, og ikke at sliskensmunding var for bred. Dette tænkes at kunne løses med en munding af slisken,som drejer, eller en højere kant pa dele af beholderen.

Temperaturen af vandbadet valgtes til at være 60◦C, da denne var lavnok til ikke at producere bobler i vandbadet, som hæmmede for synet afstrukturen. Samtidig var der ikke nogen problemer med, at temperaturen varfor lav, hvorfor denne temperatur vælges til projektforsøget.

15



B.6 Forsøgsopstilling

Figur B.4: Forsøgsopstilling under pilotforsøget 16/10-14. Billedet er taget,mens der var kvælstof i beholderen, og glaspladen var pa. Fotograf: AsbjørnBækgaard Lauritsen

Figur B.5: Forsøgsopstilling under pilotforsøget 16/10-14. Nærbillede af sli-skens munding og beholderen til kvælstoffet. De forskellige tænger holderpladen, som beholderen sidder fast i, vandret. Fotograf: Asbjørn BækgaardLauritsen

16

polygonstrukturer i hvirvelstr˝mme - forskerspirer · orkaner her p a jorden er langt fra stabile...

Documents