变速落球法测液体黏度的研究

利用小球在液体中的变速运动方程测量液体的黏度.通过测量小球在液体里非匀速运动过程中不同时刻的位置,运用软件的非线性拟合功能拟合数据,计算得到液体黏度.实验结果证明了变速落球法用于测量液体黏度的可行性.     

磁性液体表观密度随磁场变化测量仪的研制

利用自制的磁性液体研制出测量固、液两相胶体溶液磁性液体表现密度的测量装置并给出了测量方法和测量原理．该装置既能测量磁性液体中不同液层的表观密度，也能测量磁性液体中某点的表观密度随磁场变化的规律．     

关于毛细管粘度计一点法公式的探讨

毛细管粘度计结构简单,测量方便,被广泛用来测量液体的粘度(牛顿液体和某些非牛顿液体)。例如,高分子化学、高分子物理、物理化学中,通过测量粘度以确定聚合物的分子量;化学工业、物理实验及血液研究中,用来测量液体和血液的粘度。用毛细管粘度计测液体粘度的方法有二:     

气泡对液体粘度测量的影响

讨论了用奥氏粘度计测量液体粘度过程中,气泡对测量结果的影响,指出在用此法测量液体的粘度时,应注意选择粘度计,注入适量的液体,并排除气泡才能使测量结果准确无误。     

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。     

利用线阵CCD测量液体折射率实验研究

提出一种利用线阵CCD测量液体折射率的方案,平行光束经过透镜汇聚,在汇聚点处设置线阵CCD检测光束直径大小,在透镜后加入液体,光束发生折射,利用线阵CCD测量出光束直径变化量,即可测量得液体的折射率。实验测量得蒸馏水、乙醇液体的折射率与标准值吻合,相对误差小于0.4%。对不同折射率的液体,只需测量出光束直径变化量即可测量出折射率。本方案结构简单、测量操作简化、测量准确,在物理实验教学和折射率测量仪研制中具有应用价值。     

基于级联长周期光纤光栅的透明液体浓度测量

利用级联长周期光纤光栅进行透明液体浓度测量。将光栅充分浸没在液体槽中，通过向液体槽内注入不同浓度的溶液研究液体浓度对级联光纤光栅谐振波的影响。结果表明谐振波偏移量与溶液浓度之间存在线性关系。因此，通过谐振波偏移量，能够计算液体未知浓度。从而实现了液体浓度的测量。该实验操作简单，测量方便，适合在近代物理实验教学中推广应用。     

电热法液体汽化热实验仪的研制

对电热法液体汽化热实验进行了研究,设计了新的实验装置.将盛液体的容器置于保温杯中,保温杯放置在电子天平上,液体由电加热器加热,液体蒸气由出气口排出,排出的液体蒸气的质量可由电子天平实时测量.装置改进后,测量更简单方便,结果更准确.     

利用智能手机磁力计测量液体黏滞系数

利用智能手机搭建了一套可视化的简谐振动系统,通过小球在液体中欠阻尼振动的振幅衰减,测量液体的黏滞系数.实验使用手机Phyphox软件中的磁力计传感器,将小球欠阻尼振动振幅的测量转化为磁感应强度大小的测量,并通过Origin软件对采集的数据进行非线性拟合,得到液体阻尼因数,求出液体的黏滞系数.     

基于改进的迈克尔逊干涉仪的液体折射率测量方法研究

液体折射率是重要光学参数之一，液体折射率参数测量在食品生产鉴定、光学加工等领域都具有重要意义。本文基于便携式迈克尔逊干涉仪，在光学减震台上加装旋转微调载物台，综合考虑旋转后容器器壁、待测液体、空气中光程差的改变量，得到液体折射率的计算公式，与阿贝折射仪测量液体折射率的值进行比较，实验测得水、不同浓度的葡萄糖溶液以及不同浓度的氯化钠溶液，平均相对误差分别为1.1%、3.3%、2.0%,实验过程中测量的最大误差为5.9%,为液体折射率测量提供了一种可行方法，实现液体折射率的测量。本文也可作为迈克尔逊干涉仪的拓展实验，对本科生的创新能力培养有重要意义。     

存在液膜的毛细蒸发过程研究

采用水浴恒温蒸发方法研究了液膜存在时的毛细蒸发过程. 研究结果表明：毛细蒸发过程中液/气界面符合黏性指延,且不受蒸发速度及液膜状态的影响;蒸发过程可分为剧烈减速、匀速蒸发、线性减速蒸发和边界效应四个阶段,分别对应不同的液膜状态;毛细蒸发的主要区域在毛细管端口液膜处,工质由液体区流向端口蒸发区的过程中液膜起到了通道桥梁作用. 关键词： 毛细蒸发 液/气界面 蒸发阶段 液膜     

利用线性液膜的红外热像测定YBCO的湿法化学刻蚀启动时长

提出了一种测定YBCO(YBa2Cu3O7-x)高温超导薄膜湿法腐蚀启动时长的红外热像新方法。该方法的实质是利用YBCO腐蚀时必然有化学热吸收或释放,从而引起YBCO表面液膜温度变化这一特点,通过红外热像实时监测系统,采集液膜温度变化过程的红外热像,从而判断反应启动时长。理论分析和实验结果均表明,YBCO表面2 mm宽线性液膜是较为理想的监测对象,因其同时具备温度变化信息和空间分布信息,可以将线性液膜中心作为理想的观测特征点;由滑动腐蚀液滴形成残留线性液膜具有温度变化灵敏度高的特点,YBCO(衬底为LaAlO3)竖直放置,可以表面避免液膜重力对启动时长的影响,获得更为准确的监测数据。由线性液膜的横向剖面灰度变化得到在本实验条件下YBCO薄膜与体积比H3PO4∶H2O=1∶300腐蚀液的反应启动时长介于0.3~0.4 s之间。     

工质对微通道沸腾液膜瞬态变化的影响

本文采用去离子水和无水乙醇两种工质,利用微通道流动沸腾同步测量实验系统,研究了液膜厚度的瞬态变化规律,实验发现流动沸腾形成的初始液膜厚度在毛细数Ca很宽的范围内都遵循Taylor流动原理;液膜形成后,在蒸发和蒸汽流动携带的耦合作用下,厚度迅速减薄直至蒸干;由于水的汽液黏度比小,速度梯度小,剪切作用带来的液膜厚度减少量小,且水的汽化潜热大,吸收相同热量时蒸发量小,导致水的液膜厚度变化斜率较小,通过理论分析提出了沸腾液膜厚度变化的计算模型,计算结果与实验结果的误差小于20%。     

双像法测液体的折射率

在分光计上测量液膜和空气膜两狭缝像间的夹角,再测出液膜的楔角,由折射定律求出液体的折射率。     

液体横向射流在气膜作用下的破碎过程

为了研究液体横向射流在气膜作用下的破碎过程,采用背景光成像技术及VOF TO DPM方法进行了实验研究和仿真研究,模拟介质为水和空气.研究结果表明,液体射流在气膜作用下主要存在两种破碎过程:柱状破碎和表面破碎.Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定性产生的表面波是液体射流发生柱状破碎的主要原因,气流穿透表面波的波谷导致射流柱破碎,破碎后的液丝沿流向逐渐发展呈带状分布.Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性产生的表面波是液体射流发生表面破碎的主要原因,液丝和液滴从射流表面剥离.局部动量比对液体横向射流的破碎过程具有重要影响,当局部动量比较低时,液体射流的破碎由K-H不稳定性主导;随着局部动量比的增大液体射流的破碎逐渐由R-T不稳定性主导.液体射流的破碎长度及穿透深度均随局部动量比的增大而增大.     

Optical measurement of instantaneous liquid film thickness based on total internal reflection

An optical method of measuring the instantaneous transparent liquid film thickness, based on the effect of total internal reflection by the gas-liquid interface, is represented. A light circle whose diameter is proportional to the liquid film thickness and eccentricity is proportional to the slope gradient of the liquid film surface in the measurement region is formed around a small-size light source in the plane of vessel bottom. Using several light sources, the method allows measurement of the liquid film thickness field. The method is implemented in a multichannel meter of transparent liquid film thickness and curvature surface, with computer image processing.     

润湿性及磁场对液态金属自由表面膜流流动状态的影响

通过数值模拟及实验研究了润湿性及磁场对液态金属膜流流动状态的影响。首先,通过数值模拟研究了润湿性对膜流流动状态的影响。结果表明,当润湿性不好时,液态金属膜流容易发展为溪状流而不能完全覆盖底壁,入口膜厚较薄时更易发展为溪状流;在入口膜厚及其它情况相同时,密度越小越易发展为溪状流。其次,研究了磁场对膜流流动状态的影响。结果表明,槽道与流体润湿性不好时,有磁场情况下液态金属膜流覆盖底壁的区域较无磁场时增加,强磁场对膜流的湍流有抑制作用。最后,液态金属膜流实验结果表明,润湿性不好时,镓铟锡合金膜流容易收缩发展为溪状流,这与数值模拟的结果是一致的。上述研究结果对磁约束聚变堆液态第一壁的设计具有指导意义。     

用于电响应红外反射窗的液晶聚合物薄膜特性研究

提出了一种红外反射器件,通过载体液晶在电场下的转向控制胆甾型液晶聚合物粒子在器件中的排布方向,实现红外反射与透射之间切换.其中,胆甾型液晶聚合物粒子是实现红外反射关键.介绍了胆甾型液晶聚合物薄膜的制备方法,并采用超声波破碎的方法制备液晶粒子.研究了液晶混合物中不同比例的交联剂液晶1对液晶聚合物薄膜脆性和反射波段的影响,发现当液晶1占100%时,液晶聚合物薄膜的脆性最大,且其清亮点最高,并且薄膜的反射波段随着液晶1比例的增加而向短波方向偏移.同时,研究了薄膜厚度对液晶聚合物粒子的影响,发现液晶薄膜厚度越小,制备的液晶聚合物粒子越小且越均匀,其制成的器件电驱动性更好.该研究有利于帮助电响应红外反射窗的性能优化.     

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通过数值模拟及实验研究了润湿性及磁场对液态金属膜流流动状态的影响.首先,通过数值模拟研究了润湿性对膜流流动状态的影响.结果表明,当润湿性不好时,液态金属膜流容易发展为溪状流而不能完全覆盖底壁,入口膜厚较薄时更易发展为溪状流;在入口膜厚及其它情况相同时,密度越小越易发展为溪状流.其次,研究了磁场对膜流流动状态的影响.结果表明,槽道与流体润湿性不好时,有磁场情况下液态金属膜流覆盖底壁的区域较无磁场时增加,强磁场对膜流的湍流有抑制作用.最后,液态金属膜流实验结果表明,润湿性不好时,镓铟锡合金膜流容易收缩发展为溪状流,这与数值模拟的结果是一致的.上述研究结果对磁约束聚变堆液态第一壁的设计具有指导意义.     

Spray impingement wall film breakup by wave entrainment

Fuel spray impingement on engine wall and piston in the spark-ignition direct-injection (SIDI) setting has been considered a major concern in the aspect of engine emission and combustion efficiency. Excess wall film will result in deterioration of engine friction, incomplete combustion, and substantial cycle-to-cycle variations. These effects are more pronounced during engine cold-start process. Therefore, the formation of wall film on engine wall/piston and the dynamic process of the wall film interacting with impinging spray and spray-induced gas flow are of great significance for reducing wall film mass. However, the dynamic process of wall film was not investigated thoroughly in existing literatures. This work will present a high-speed, simultaneous measurement of a single-hole spray structure, as well as wall film geometry and thickness, via Mie scattering and volumetric laser-induced fluorescence, respectively. Quantitative film thickness measurement was achieved via fluorescence intensity signal calibration with a known, wedge-shape liquid film apparatus. Remarkable wall film droplet entrainment at the leading edge of the liquid film waves was revealed in the measurement, which has not been adequately depicted or analyzed in existing spray impingement studies. A considerable amount of liquid droplets detaches from the liquid film via liquid film fingering, during which process the quantity of liquid mass on the wall is decreased. Quantitative analysis of such phenomenon is performed and we estimated that a liquid mass equivalent to 30–40% of the residual liquid film mass is detached from the liquid film via wave entrainment. Furthermore, through the comparative study of the side view of the spray and the liquid film caused by spray impingement, it is shown that non-uniform spray structure is likely the cause of liquid film wavy motions. These observations suggest that wave entrainment should be considered by numerical models and experimental designs to accurately predict spray impingement phenomenon.