二维流动液膜对流体的模拟及进一步研究 热波法测量导体热导率实验误差的分析与消除 Josephsson 结实验曲线混沌与分形的研究 模拟散射实验原理与仪器的质疑及讨论 铁磁体若干实验曲线的改善,拟合与应用 电滞回线中介电性质挖掘 固定频率下测量铁电体复介电常数的两种方法 对 F-H 实验曲线的一些解释 夫兰克·赫兹实验 I-U 曲线的分析 利用 F—H 实验装置测量汞原子高激发态及其电离势
利用夫兰克赫兹实验装置测量汞的激发态和电子能量分布
朱晶晶 吕庶白 青 蓝 青 蓝 青 蓝 孙可 姬胜男 李璐 林涛 吴皓 李晨熙 李衡 孙理 李佳齐 周成 王波 黄义龙
光源的时间相干性 《模拟散射》中钉阵面的布朗运动模型 模拟散射——提高测量 Dt 的精确度 气体热导率的测量 气体热导率的测量及相关实验的改进 热线法气体热导率测量中的钨丝初始电阻取值问题 约瑟夫逊结非线性混沌试验中的计算机模拟分岔 以及通过涨落的影响对试验结果进行分析 蜂鸣器介电常数频域特性的实验以及与其他物比较
杨彬 徐旭光
二维流动液膜对流体的模拟及进一步研究 ——边界层及其附近的讨论
朱文熹(曾用名:朱晶晶) 031120198 (南京大学 物理系 210093)
摘要:二维流动液膜可以模拟流体的运动状态,在垂直悬挂的液膜上,我们用
透射,干涉等方法,用相机,摄像机拍摄并研究流体的局部及整体的性质状态. 边界层的分离主要由粘滞阻力和逆压造成,涡旋在适当条件下在边界层中产生, 随着流速的增加两者不断发展演变,通过拍摄资料我们可以看得很清楚.
关键字:流动液膜,边界层,边界层的分离,外流,逆向压力,回流,涡旋 引言:流体在给我们带来美感的同时也困惑着我们.其现象复杂多变而不易捕
捉,为观察和研究造成了不便.因此,我们设计了垂直悬挂的二维流动液膜.它 在清楚展现流体性质状态的同时还为我们提供了观察平台, 其拍摄的资料让我们 更加清晰地看到发生在局部的现象,对流体现象的演变产生了更加深刻的认识.
一,实验原理
二维流动液膜可以模拟流体的流动状态,通过控制流量阀门,可以改变液膜 流动速度从而模拟出不同流速下的液体流动状态. 在流速达到稳定的区域插入适 当的插入物可以更加清楚地看到液体绕过阻碍物造成的边界层分离,涡旋的产 生,间断层的失稳,摆动,以致产生涡街,以及这些现象如何随流速的变化而变 化. 观察的方法主要有: 直接观察.可以看到液膜的振荡,即波动在液膜上的传播状况.还有在液膜 流速较小时反射出的干涉条纹. 这种方法看不出明显的液体表面及内部流动的现 象. 漫反射光源观察反射条纹.实验光路如图 1.这种方法可以看见表面彩色的
反射条纹及液体流过时的扰动状况,如图 2.现象漂亮,明显,但是由于液体流 速较快时扰动剧烈,反射光线色彩不再明显,此外,这种方法观察到的液体流动 状况也仅限于液膜表面. 反射光观察干涉条纹.本实验采用了 干涉性较好的绿色半导体激光光源,将反 射光投在白屏上进行观察.在液膜的不同 流速但流速均很低(接近于零)的情况下 观察结果如图 3.由于流速与液膜厚度有 直接的关系,所以不同流速时的干涉条纹 不同.图中 a,b,c 为流速越来越快的干 涉条纹.由于光的波长短,因而干涉条纹 极不稳定,液膜的稍稍扰动就会导致条纹 的剧烈抖动,很不利于观察.此种方法能 够反映但不能显示出液体流动的真实状 况,并且在流速稍大时由于液膜的扰动过于剧烈,干涉条纹已无法观察. 透射光观察.经试验,透射光应采用强度较高,集中程度好的光源.因此, 仍采用半导体激光器,将透射光射在白屏上,取得了较为理想的效果.这种方法 能够看见液体的内部流动的真实状况,并且可以很清晰地看到流体的层流,在边 界产生的分离,涡旋,以及从层流过渡到湍流的各种连续变化.在有插入物时液 体的绕流状况也明显可见.由于采用的是透射光,所以液膜的扰动对观察所产生 的影响几乎可以忽略.这种方法尤其有利于观察边界层及其附近的变化. 在用以上几种方法观察流动液膜时,始终无法观察到液流在插入物后面产生 的涡街.原因是涡街产生的速率 太快,由于视觉暂留无法观察. 所以设计了一种较为巧妙的方 法.由流体理论可知,涡街是由 液流绕过插入物后产生的间断层 在扰动情况下失稳产生的.所以 把插入物改为可挤水彩笔颜料的 塑料管,由于水彩顺着液流流出 并在一定距离上留在间断层上因 而水彩的迹线可以代表间断层的 振荡状况.此时直接观察仍然看 不清楚,所以用相机拍摄,即可 看见清晰的迹线以及迹线在后来 由于摆动或卷曲过于剧烈而破碎的图像,如图 4.
二, 实验装置

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