I fluidmekanikk er Taylor-Couette ustabilitet utseendet på virvler i strømmen av en væske mellom to konsentriske sylindere som ikke roterer med samme vinkelhastighet . Den består av destabiliseringen av den sirkulære Couette-strømmen i en serie Taylor-valser når vinkelhastigheten overstiger en viss terskel. Den ble opprinnelig studert av Sir Geoffrey Ingram Taylor i et papir fra 1923, derav navnet.
Væsken i systemet blir satt i bevegelse av veggene på grunn av sklisikker tilstand . Ustabilitetene i Taylor-Couette-strømmen skyldes konkurransen mellom to antagonistiske effekter:
Dermed kan strømningstilstanden forutsies av Taylor-tallet som sammenligner disse to størrelsene. Dette tallet er direkte relatert til Reynolds-nummeret .
Strømningens stabilitet i tilfelle en ikke- tyktflytende væske ble studert av Lord Rayleigh i en publikasjon fra 1916. Kriteriet oppnådd er som følger:
Strømmen av en ikke-viskøs roterende væske er stabil hvis og bare hvis mengden (hvor er avstanden fra aksen og er den azimutale hastigheten) øker som en funksjon av .
Trinnene nedenfor beskriver oppførselen til systemet for en tyktflytende væske når rotasjonshastigheten til den indre sylinderen øker og under forutsetning av at den ytre sylinderen er stasjonær. Mange andre konfigurasjoner har blitt studert både for sylindere som roterer i samme retning og for sylindere som roterer i motsatt retning.
For et Taylor-tall som er lavere enn en kritisk verdi , er strømmen laminær , de nåværende linjene er konsentriske sirkler. Det kalles sirkulær Couette flow . Viskositeten dominerer sentrifugalkraften og strømmen er stabil.
Vi finner Curies prinsipp : effektene har i det minste årsakene symmetri. Strømmen som opprettes mellom de to sylindrene er uforanderlig ved rotasjon rundt aksen.
Når rotasjonshastigheten øker til det punktet , oppveies effekten av sentrifugalkraft viskositeten, og en første ustabilitet oppstår. Dette består av utseendet på valser i strømmen som er toroideformede virvler, også kalt Taylor-valser .
Denne nye flyten er Taylor-Couette-strømmen. Den er stabil til neste ustabilitet.
Symmetri går tapt i flyten og Curie-prinsippet brytes. Den radiale hastigheten i strømningen har en periodisk oppførsel langs sylinderaksen som ikke finnes i systemet som skaper strømmen.
En annen ustabilitet vises når rotasjonshastigheten, og derfor Reynolds-tallet, fortsetter å øke. Valsene, som hittil er stasjonære, begynner å svinge seg med jevne mellomrom. Dette regimet kalles oscillerende Taylor-valser (eller Wavy Vortex Flow på engelsk).
Dette reduserer symmetrien til strømmen ytterligere.
Hvis Reynolds-tallet fortsetter å øke, går strømmen gjennom flere påfølgende ustabiliteter før den blir turbulent .
Fram til 1970-tallet ble det antatt at overgangen til turbulens gikk gjennom en endeløs sekvens av suksessive ustabiliteter. Harry Swinney og Jerry Gollub viste gjennom eksperimenter utført ved Princetown University i 1975 at overgangen skjer i et endelig antall trinn.