Экспериментальное наблюдение стабильного антициклона во вращающемся кубе

Основной особенностью движения жидкости во вращающейся системе является двумеризация вдоль оси вращения. В результате действия сил Кориолиса течение становится квази-двумерным, направленным в плоскости, перпендикулярной оси вращения, и однородным вдоль этой оси. Аналогично чисто двумерному течению [1], в квази-двумерном течении могут возникать долгоживущие когерентные вихри [2-4].
Экспериментальное исследование характеристик таких вихрей было проведено в работе [4]. В этой работе течение возбуждалось мешалками, установленными в вертикальных углах вращающегося герметично закрытого куба с водой. При снижении скорости вращения куба и сохранении неизменного режима работы мешалок наблюдается увеличение размеров циклонов, энергии, заключенных в них и уменьшения числа вихрей. Работы направленных на теоретическое [5] и численное [1] исследования вихрей в квази-двумерной системе предсказывает наличие одного или пары вихрей-конденсатов, что противоречит экспериментальному наблюдению. Возможной причиной является то, из-за характера возбуждения наблюдался режим, который не соответствует параметрам предложенным моделям. Поэтому интересно узнать, что происходит при дальнейшем уменьшении скорости вращения куба относительно мощности турбулентной накачки.
Можно было бы предположить, что в результате увеличения интенсивности накачки останется один циклон, центр которого будет расположен в центральной части течения. Однако экспериментальные наблюдения показывают иное. Посередине куба наблюдался антициклон, время жизни которого значительно больше времени диссипации. Вокруг антициклона сформировано периферийное движение циклонического направления. При повышении скорости вращения начинают возникать на периферии циклоны, которые увлекаются средним течением. При пороговой скорости вращения, антициклон исчезает.
В докладе представлены результаты экспериментального исследования антициклона. В частности изучены параметры возникновения этого явления, а так же показано, что при низких скоростях вращения куба профиль азимутальной скорости хорошо совпадает с зависимостью вида: $$ U^{\phi} = A \cdot r \cdot \ln\left(\frac{r}{R}\right) $$

[1] Laurie, Jason, et al. "Universal profile of the vortex condensate in two-dimensional turbulence." Physical review letters 113.25 (2014): 254503
[2] McEwan, A. D. "Angular momentum diffusion and the initiation of cyclones." Nature 260.5547 (1976): 126-128
[3] Godeferd, Fabien S., Frédéric Moisy. "Structure and dynamics of rotating turbulence: a review of recent experimental and numerical results." Applied Mechanics Reviews 67.3 (2015): 030802
[4] Tumachev D., Filatov S., Vergeles S., Levchenko A., Two dynamical regimes of coherent columnar vortices in rotating fluid, JETP Letters 118, 426–432 (2023)