利用降膜流动测量液体黏滞系数USING FALLING FILM FLOW TO MEASURE THE VISCOSITY OF THE LIQUID
周苏羽,文小青,王槿,李文华,邓志超,张思遥
摘要(Abstract)：
利用降膜流动设计并搭建了测量液体黏滞系数的实验装置，根据不可压缩液体N-S方程，结合边界条件建模。采取测量液膜表面速度的方法计算液膜厚度。测量了蓖麻油不同流量下的黏滞系数，倾斜板在不同倾角下，黏滞系数测量相对准确的流量区间基本相同，相对误差在8%以下。分析了装置的适用条件和误差来源。并用全内反射法进行了液膜厚度对比验证。该研究丰富了测量液体黏滞系数的教学内容和方法，有助于学生掌握流体力学相关知识，提高综合设计能力。
关键词(KeyWords)： 降膜流动;黏滞系数;液膜厚度;表面速度;全内反射
基金项目(Foundation): 2021南开大学自制实验教学仪器设备项目(No.21NKZZYQ02);; 教育部产学合作协同育人项目(No.202102227007);; 2020高等学校教学研究项目(No.DJZW202010hb);; 国家基础科学人才培养基金项目(No.J1210027);; 南开大学物理基地能力提高项目(No.J1103208)
作者(Author): 周苏羽,文小青,王槿,李文华,邓志超,张思遥
参考文献(References)：
- [1] 陈惠钊.粘度测量(修订本)[M].北京：中国计量出版社，2002:1-4.
- [2] 刘子臣.大学基础物理实验(力学、热学及分子物理分册)[M].2版.天津：南开大学出版社，2005:205-217.
- [3] 石玉琦.降膜吸收传热传质理论与实验研究[D].杭州：浙江大学，2018.
- [4] NUSSLT W.Die Oberflachenkondensation des Wasserdampfes[J].VDI-Z:Integrierte Produk-tion Z,1916.
- [5] 李伟峰，刘海峰，龚欣.工程流体力学[M].2版.上海：华东理工大学出版社，2016:84-87.
- [6] 卓雄杰.倾斜平板上液膜流动行为的数值模拟与实验研究[D].广州：华南理工大学，2020.
- [7] 陈燕平，余飞鸿.薄膜厚度和光学常数的主要测试方法[J].光学仪器，2006,28(6) :84-88.CHEN Y P,YU F H.Main measurement methods of thin film thickness and optical constants[J].Optical instruments,2006,28(6):84-88.(in Chinese)
- [8] 李天宇，黄冰瑶，廉天佑，等.薄层液膜厚度的点测量和空间测量方法综述[J].实验流体力学，2020,34(1):12-24.LI T Y,HUANG B Y,LIAN T Y,et al.Journal of experimental fluid mechanics,2020,34(1):12-24.(in Chinese)
- [9] 金叶，彭川黔，梁霄，等.Origin软件在拟合蓖麻油黏滞系数随温度变化关系曲线中的应用[J].重庆科技学院学报(自然科学版),2012,14(1):168-170.JIN Y,PENG C Q,LIANG X,et al.Application of Origin software in fitting the curve of viscosity coefficient of castor oil with temperature[J].Journal of Chongqing University of Science and Technology (Natural Science Edition),2012,14(1):168-170.(in Chinese)
- [10] 郑桂富.物理化学[M].安徽：安徽大学出版社，2009:246-247.
- [11] GENNES,PIERRE-GILLESDE.Capillarity and wetting phenomena :Drops,bubbles,pearls,waves[M].France Springer,2004:44-46.
- [12] 李健，费潇，王腊梅，等.基于液滴局部轮廓的接触角测量方法[J].科学技术与工程，2021,21(24):10134-10139.LI J,FEI X,WANG L M,et al.Contact Angle measurement method based on droplet local profile[J].Science Technology and Engineering,201,21(24):10134-10139.(in Chinese)
- [13] 郭瑞.表面张力测量方法综述[J].计量与测试技术，2009,36(4):62-64.GUO R.Overview of surface tension measurement methods[J].Metrology and measurement technology,2009,36(4):62-64.(in Chinese)
- [14] 毛建素.矩形管道层流运动的速度分布与摩阻计算[J].哈尔滨建筑工程学院学报，1991(1):66-73.MAO J S.Velocity distribution and friction calculation of laminar flow in rectangular pipe[J].Journal of Harbin Institute of Civil Engineering and Architecture,1991(1):66-73.(in Chinese)
- [15] 李凯朋，王多书，王济州，等.膜层的光学薄膜参数测量方法研究[J].真空与低温，2013,19(4):224-227.LI K P,WANG D S,WANG J Z,et al.Study on measurement method of optical film parameters[J].Vacuum & cryogenics,2013,19(4):224-227.(in Chinese)
- [16] TOSHIRO K,SHEDD T A,BLASER B C.Investigation of spray evaporation and numerical model applied for fuel-injection small engines[J].Sae International Journal of Engines,2008,1(1):1402-1409.
- [17] SHEDD T A,NEWELL T A.Automated optical liquid film thickness measurement method[J].Review of Scientific Instruments,1998,69(12):4205-4213.