基于振荡气泡法测定声悬浮液滴的表面张力

通过调节阵列式声悬浮装置的悬浮声压,使悬浮液滴转变为气泡.利用振荡气泡法的原理,结合声悬浮气泡在声场中处于缓慢变形的非平衡状态特点,对原始气泡表面膨胀系数的公式进行了修正.实验过程中采用高速摄像机记录气泡形成及振荡过程的图像,并对图像进行处理,测定悬浮气泡的表面膨胀模量,得到液体的动态表面张力.以锅炉用油为样品,利用声悬浮气泡的膨胀模量,对液滴动态表面张力进行非接触式测量.     

蘸粘式光纤液体分析仪的折射率传感特性研究

提出了一种测量液体折射率的光纤液体分析仪。利用液体表面张力的作用,在光纤探头端形成一个液滴。该液滴的作用相当于一个平凸透镜,发射光纤出射的光经液滴表面折射、未扰液面的反射和液滴表面的再次折射后进入接收光纤。根据菲涅耳公式,光线在各个界面的透射系数和反射系数与液体的折射率有关,且对于不同的液体,光线的传输路径不同。基于球面折射成像和反射式强度调制原理,分析了光线的传输路径,并建立了接收光纤接收到的光强与液体折射率的关系模型。对不同浓度的NaCl溶液进行了测量,实验结果符合理论预期,表明该方法可以用于液体折射率的测量。     

新型液体表面张力系数测试仪的研制

研制了新型的液体表面张力系数测试仪,测量了不同流速时液体的表面张力系数。随液体流速增加,液体的表面张力系数先减小,后迅速增加,当液体流速达到3.0ml/s时,液体的表面张力趋于稳定,该值与理论值较接近。     

润湿性梯度驱动液滴运动的格子Boltzmann模拟

运用考虑了固体与液体间分子作用力的格子Boltzmann方法,数值研究了由于固液界面上表面张力梯度引起的Marangoni效应驱动的液滴运动.当表面张力梯度较小时,计算结果和前人的理论预测符合较好.而表面张力梯度较大时,由于液滴不变形和准平衡态等假设不再满足,理论预测的液滴运动速度高于数值模拟的结果.计算结果显示,在向亲水端运动过程中液滴内部出现旋涡结构,当润湿性梯度较大时,其前进速度和接触角随时间变化出现振荡.     

图像处理技术用于计算液滴体积

液体的液滴体积大小包含了该液体的许多物理、化学特性,提出用图像处理技术测量液滴体积的方法。通过CCD摄像机实时采集液滴生长过程中的轮廓变化情况,通过图像处理系统存储图像并运用Sobel或Laplacian检测算子进行边缘提取,最后根据液滴的轮廓边缘积分计算出液滴的体积。给出了液滴生成过程的CCD图像记录和液滴体积变化曲线。     

悬垂液滴受迫振动的数值模拟与实验研究

利用有限元法进行数值模拟,研究了悬垂在针尖上的液滴在二阶模态下的振动情况.结果表明,悬垂液滴的固有振动频率与失重下自由液滴的固有振动频率间存在线性关系,该线性关系与液体的表面张力系数、液体的密度和针直径有关,与液体的黏度和"表面张力系数密度之比"无关;在声场的激励下,液滴的位移共振曲线与受迫振动的标准速度共振曲线在形状上一致,并且阻尼系数与黏度、表面张力系数、针直径呈正相关,而与密度、"表面张力系数与密度之比"呈负相关.最后以水为例将模拟结果与实验数据做了对比,两者符合得很好.     

润湿性梯度驱动液滴运动的格子Boltzmann模拟

运用考虑了固体与液体间分子作用力的格子Boltzmann方法,数值研究了由于固液界面上表面张力梯度引起的Marangoni效应驱动的液滴运动.当表面张力梯度较小时,计算结果和前人的理论预测符合较好.而表面张力梯度较大时,由于液滴不变形和准平衡态等假设不再满足,理论预测的液滴运动速度高于数值模拟的结果.计算结果显示,在向亲水端运动过程中液滴内部出现旋涡结构,当润湿性梯度较大时,其前进速度和接触角随时间变化出现振荡. 关键词： 润湿性 格子Boltzmann方法 Marangoni效应 液滴     

微纳米结构超疏水表面低浓度乙醇液滴的合并弹跳

本文以去离子水、质量分数为8%和16%的低浓度乙醇溶液为工质,研究了液体表面张力对液滴在平超疏水和层级微槽超疏水表面合并弹跳的影响,揭示液体表面张力变化引起液滴合并过程中与表面结构相互作用的改变,为实现低表面张力工质的动力学行为调控研究提供前期探索。研究发现,在平超疏水表面,质量分数为8%和16%的乙醇液滴合并弹跳过程由惯性效应主导,合并弹跳速度遵循惯性毛细定律,无量纲速度为0.23～0.27,能量转化效率为5.6%～6%。液体表面张力的减小导致平超疏水表面液滴合并弹跳速度的减小,并未影响液滴合并过程中内部动量的传递机制。在层级微槽超疏水表面,槽道边缘增强的黏附作用改变了乙醇液滴合并过程的形态演变,影响了其内部动量的传递,导致液滴合并弹跳速度和能量转化效率降低。随着液体表面张力的减小,液滴间凸台结构对合并弹跳性能的强化作用减弱,而凹槽结构对合并弹跳性能的恶化作用增强。     

毛细现象公式的导出

液体表面分子间的吸引力、液体表面的分子有一种使其面积缩成最小的力,或称一种抵抗表面积扩张的力,此力称“表面张力”．液体表面是指液体与空气或其他液体相接触的自由面．若不指明,即可认为相对于空气而言．表面张力的大小与接触面的物质有密切关系．此外,表面张力还与温度有关,温度越高,表面张力越小．表面张力的方向总是与液面相切,与分界线相垂直．若在液面作一长为L的直线,将液面分成两部分,这两部分之间的相互牵引力为F,即表面张力F=σL．其中σ为液体表面张力系数．单位为N/m．由于表面张力的作用,液滴表面有收缩到最小的趋势,而使液滴成近似球形的状态．     

泡膜半径法测量液体表面张力

根据泡膜半径与液体表面张力系数所满足的函数关系进而测量液体表面张力系数,实验中利用U型管测量泡膜相对内压并通过电脑对泡膜的图像采集来测量泡膜半径,实验设计新颖独特,实验结果准确,且有利于提高学生的物理思维及对电子设备的使用能力。     

测量毛细管中液面上升高度的另一种方法

从流体动力学角度推出了液体在毛细管中上升的高度，从而指出的测量液体表面张力系统数中传统方法的欠缺，提出了采用下降法测量液体在毛细管内的高度的方法，使得测量液体表面张力系数的系统误差大大降低。     

相对法测量表面张力系数

从细管缓慢流出的液体,并不是呈现连续的液流,而是一些继续的液滴。通过对不同液体液滴大小的比较,可测得表面张力系数。     

丁二酸-水纳米气溶胶液滴表面张力的分子动力学研究

表面张力在纳米气溶胶颗粒的吸湿生长研究中具有重要意义,然而现有实验方法不能对其准确测量.本文基于分子动力学方法模拟了丁二酸气溶胶颗粒吸湿生长形成稳定液滴的动力学过程,在此基础上,建立模型计算了液滴的表面张力,进而探究了温度、粒径和丁二酸浓度对纳米液滴表面张力的影响机制.结果表明,随着温度从260 K升高到320 K,液滴内分子间作用力的减弱导致了液滴表面张力的减小,且表面张力的减小程度随丁二酸浓度的增大而增大,究其主要原因在于液滴中丁二酸分子的径向分布随温度和丁二酸浓度变化的差异;随着粒径的增大,液滴表面张力先增大后趋于定值,且粒径对表面张力的显著影响区间随着丁二酸浓度的增大而缩短;研究还发现,丁二酸分子的表面活性导致液滴表面张力随着丁二酸浓度的增大而减小,且减小趋势符合对数函数形式,尤其是在粒径小于6.12 nm时,同时,基于Szyszkowski公式对液滴的表面张力进行了拟合.本文研究成果能为气溶胶颗粒的吸湿生长和相关动力学过程预测理论及模型的改进提供参数依据.     

悬垂液滴研究及表面张力和润湿角测定

对光滑固体表面下悬挂的液滴进行了理论分析,建立了悬垂液滴特征尺寸R和H与液滴表面张力σL和固液界面润湿角θ之间的关系式,计算发现对于特定的ρ,σL,θ值,液滴质量m与固液界面润湿半径R、液滴高度H满足特殊的曲线关系.利用此关系可以同时测量液滴的表面张力σL以及固液界面间的润湿角θ.     

不同泥沙含量河水的表面张力系数测定

表面张力系数的测量方法有很多，其中拉脱法是简单有效的一种，本实验基于拉脱法通过改变河水泥沙含量、温度进行表面张力系数测量，以探究泥沙含量、温度的变化是否会对液体表面张力系数的测量值造成影响，并对比分析在澄清和悬浊状态下河水表面张力系数的变化情况。通过对实验结果分析可知，液体表面张力测量值与泥沙含量、温度变化有关，河水在悬浊状态下的表面张力系数整体上大于澄清状态下的表面张力系数。     

微流控光学透镜阵列内芯表面的电润湿特性测量

采用特定的“导电基片／绝缘膜层”微透镜阵列内芯材料,研究其表面的介质上电润湿（EWOD）特性。利用图像采集与数据处理方法测量了0～60V电压范围内硫酸钠水溶液液滴在“不锈钢基片／Parylene绝缘层”芯片表面的接触角变化数据,通过EWOD理论模型计算得到硫酸钠溶液的表面张力值,此值与理论值相吻合。进而计算了内芯与液滴的界面张力,这种方法可用于一般固液界面张力的测量。     

对液体表面张力系数实验方法的改进

本文提出用双毛细管代替单毛细管测定液体表面张力系数，这种方法不仅提高了测量精度，而且适宜于测定微量液体的表面张力系数。     

滴状冷凝中液滴的内外压差及临界半径

用热力学方法证明了壁面上球冠形液滴的内外压差同样遵循经典的Laplace方程,并用力学方法给予了验证.液滴的内外压差与固液接触角无关,只取决于液体的表面张力和液滴半径;液滴的临界半径也与接触角无关,其值可用经典的Kalvin公式计算 关键词： 滴状冷凝 液滴 压差 临界半径     

炸药爆炸作用下液体破碎后颗粒尺寸分布的研究

 对液体抛撒的液滴尺寸进行研究在军事和民用上是很重要的,国内刚开始使用激光散射仪开展此项研究工作。利用R. A. Dobbins等人的液体颗粒测量技术,研制了一套既简单又实用的测量液体抛撒过程中液滴尺寸的实验装置——激光散射仪。对于激光与液体微粒的相互作用,当微粒的反射与折射和吸收效应可被忽略时,可导出液体微粒对激光散射的光强公式。只要测量激光被微粒散射的光强,就可推算出微粒的Sauter平均直径。在使用激光散射仪测量液体抛撒液滴尺寸的实验中,用水代替爆炸抛撒液体,测量结果表明：液体抛撒二次破碎中,在固定位置测量到的云雾区液滴Sauter平均直径随测量时间的增加呈现出减小的趋势;而云雾区的宽度则随着与抛撒中心距离的增大而呈现出增加的趋势;云雾区前沿的液滴Sauter平均直径随着与抛撒中心距离的增加而呈现出先逐渐增大然后迅速减小的趋势。为便于比较,对燃料抛撒二次破碎进行了回收法测量和数值模拟计算,其测量与计算结果与用激光散射仪测量的结果有较好的一致性。     

基于PASCO物理实验平台的液体表面张力系数测量

现有的拉脱法测量液体表面张力系数的实验中存在人为选取液膜拉断点等影响测量结果的弊端.本文利用PASCO实验平台搭建了一套能够实现高频率拉力测量及采集的实验装置.利用该实验装置,首先系统地测量了金属环所受拉力,然后分析了金属环出水过程中界面张力、浮力的变化,再现了这一过程的物理图像.对测量得到的数据进行拟合,得到了水在空气中的表面张力系数值为0.0705 N/m,与表面张力系数标准值相差2.7%.