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高速镜头下的流体力学

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高速镜头下的流体力学,通常通过高帧率摄像机记录并减速播放,可以清晰地观察到流体行为中的细微细节和复杂现象


1

涡环的碰撞和子涡的形成

在慢动作中,涡流的生成、演化和解散过程变得清晰可见。可以看到旋涡的卷曲、拉伸和互相作用。

 


图中出现了非常规律的子涡

 

实验中涡环的影响因素很多,如染料和水的物理特性(包括密度和温差)、流体环境的条件(如水的湍流和浊度)、涡流炮的设计和设置(如大炮的间距、喷嘴设计、形状、活塞排量和冲程速度、橡胶膜片的张力)


 





2

液滴落下

液滴的生成、形状变化和分裂在慢动作下尤为明显。例如,液滴从喷嘴滴落时的形成过程、液滴在撞击表面时的扩展和反弹、以及液滴的合并与破裂。


小液滴合并成大液滴时,会弹跳起来

 



3

非牛顿流体的运动

非牛顿流体(Non-Newtonian Fluids)的特点主要表现为它们的黏度并不和剪切速率成正比。这使得它们在流动行为上与牛顿流体有明显不同。


生活中最常见的非牛顿流体就是水淀粉,特点就是遇强则强,遇弱则弱

 


 


图中的非牛顿流体在音响的作用下,像是有了生命一样




4

 水流驻波

通过音频振动使橡胶管和水流产生驻波效应。由于相机拍摄帧率与音频振动频率的关系,水流看起来像是静止或缓慢移动。

 



如果想让水看起来像是向后移动,将频率设置为23 Hz。

 


如果想让水看起来像是缓慢向前移动,将频率设置为25 Hz。

 


5

 神奇的气泡

气泡破裂是一个复杂的流体力学过程,涉及到气体、液体界面和表面张力的相互作用。气泡破裂时,薄膜在表面张力下迅速退缩,形成液滴边缘并不稳定地破裂,液滴飞溅或喷射。


当温度降到冰点以下,肥皂泡中的水分会逐渐冻结,形成一个薄薄的冰壳。在极低温度下,这个冰壳可能会变得非常脆弱,容易破裂。


科学家可以使用液氮等低温材料迅速冷却肥皂泡,从而使其表面凝结成冰。


6

 纹影成像


 

纹影成像(Schlieren imaging)是一种用于可视化流体流动中密度变化的光学技术。它主要用于研究气流中的密度梯度,如气体的湍流、冲击波、热对流等。

纹影成像通过检测光线在不均匀介质中的折射变化,生成密度变化的可视化图像。


纹影成像通过光线在流体中的折射变化,可视化密度梯度,利用刀口遮挡偏转光线,生成显示密度变化的图像。


来源:Fluent学习笔记
振动碰撞湍流光学材料
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首次发布时间:2024-08-14
最近编辑:3月前
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