J. Physique Lett. 39, 369-372 (1978)
DOI: 10.1051/jphyslet:019780039021036900

Local probe in a Rayleigh-Benard experiment in liquid helium

A. Libchaber et J. Maurer

Groupe de Physique des Solides de l'Ecole Normale Supérieure, 24, rue Lhomond, 75231 Paris Cedex 05, France

Abstract
We have measured, in a Rayleigh-Benard experiment in liquid helium, the time dependent effects occurring above the onset of convection, using a local probe. Results are very dependent on the aspect ratio Γ, ratio of the cylinder cell radius to its height. For a small aspect ratio, Γ = 2 and Γ = 2.5, well defined sharp oscillations are present for a large range of Rayleigh numbers. For Γ = 6, a low frequency noise appears for R/Rc = 2, where Rc is the critical Rayleigh number for convection. No well-defined oscillations are present but the noise peaks at a dimensionless frequency around ω = 14, when R/Rc > 3.5. This effect exists also for Γ = 4 and Γ = 12. Γ = 3 is thus a transition point between the two regimes.

Résumé
Sur une expérience de Rayleigh-Benard dans l'hélium liquide, nous avons étudié les effets dépendants du temps au-dessus du seuil de convection. Les résultats dépendent fortement du facteur de forme Γ, rapport du rayon de la cellule cylindrique à sa hauteur. Pour Γ = 2 et Γ = 2,5, nous observons des oscillations bien définies pour une grande gamme de nombres de Rayleigh. Pour Γ = 6, un spectre de bruit basse fréquence apparaît à R/Rc = 2. Pour R/Rc > 3,5, le spectre de bruit présente un maximum local autour de ω ˜ 14. (ω fréquence sans dimension, Rc nombre de Rayleigh critique d'établissement de la convection.) Cet effet persiste pour Γ = 4 et Γ = 12. Γ = 3 représente donc le point de transition entre ces deux régimes.

PACS
4725Q - Convection and heat transfer.
4730 - Rotational flow, vortices, buoyancy and other flows involving body forces.
6740P - Transport processes, second and other sounds, and thermal counterflow liquid helium 4.
6740V - Vortices and turbulence liquid helium 4.

Key words
convection in liquids -- flow instability -- liquid helium -- liquid oscillations -- time dependent effects -- convection -- local probe -- aspect ratio -- cylindrical cell -- oscillations -- Rayleigh numbers -- low frequency noise -- critical Rayleigh number -- dimensionless frequency -- transition point -- liquid He -- Rayleigh Benard experiment -- radius to height ratio -- noise peaking