泰勒柱实验
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泰勒柱实验原理(一)泰勒柱实验解析什么是泰勒柱实验?泰勒柱实验是一种用于观察流体动力学现象的实验。
该实验以英国物理学家约翰·泰勒的名字命名,他在19世纪中叶首次进行了这一实验并发现了流体中的旋涡现象。
实验步骤1.准备一个长而细的玻璃柱,里面注满一种有色的流体(如水);2.在柱的一侧加热,使之温度升高,并产生温度梯度;3.观察流体内部的现象;4.重复实验,改变柱的粗细、温度梯度、流体种类等因素。
实验现象1.温度梯度会引起流体的对流运动;2.当柱加热时,流体从热端向冷端流动,形成对流层;3.在对流层形成的过程中,会出现一种类似旋涡的现象,即泰勒涡;4.泰勒涡的数量和大小与温度梯度、柱的粗细、流体性质等因素有关。
原理解析泰勒柱实验的基本原理是研究流体动力学现象中的对流运动。
当柱加热时,温度梯度会引起流体的密度差异,从而产生对流运动。
由于流体的扩散作用,初始的不稳定性会逐渐发展形成一系列泰勒涡。
泰勒涡的形成是由流体动量守恒和能量守恒共同作用的结果。
在对流层中,由于流体加热和冷却的不均匀性,流体分层并形成了温度梯度。
由于流体的黏性,不同层之间的摩擦会产生扰动,并形成旋涡结构。
泰勒涡的形态不仅与温度梯度有关,还与柱的粗细、流体的性质等因素密切相关。
当温度梯度较大、柱较细时,泰勒涡会更加明显,旋涡的数量和大小也会增加。
而如果改变流体的性质,如使用不同的流体或改变流体的粘度,也会对泰勒涡产生一定影响。
应用领域泰勒柱实验的研究对于理解流体动力学现象和热传导机制具有重要意义。
它在气象学、地球物理学、化学工程等领域都有广泛的应用。
在气象学中,泰勒柱实验可以帮助研究大气中的对流运动和气候变化。
在地球物理学中,它可以用来解释地幔对流和构造运动。
在化学工程中,泰勒柱实验可以用来研究流体混合过程和传热效率。
结论通过泰勒柱实验,我们可以深入理解流体动力学中的对流现象。
这一实验提供了对流层中泰勒涡形成的可视化观察,为研究流体运动和传热过程提供了重要的实验依据。
葛正权实验原理
葛正权实验是一种在材料力学中经常使用的方法。
它是利用高斯多项式来拟合实验数据,从而得到材料的力学性质。
这种方法可以用来分析各种材料的弹性、塑性和损伤等力学性质。
下面我们将详细介绍葛正权实验的原理。
1.实验设计
葛正权实验通过在试验样本上施加一个恒定的载荷,然后在恒定载荷下,通过调节加载应变速率来测量应力和应变的变化。
在实验中,需要使用应力和应变相机来测量应力和应变变化的曲线。
2.高斯多项式
高斯多项式是一系列的多项式方程,它们可以使用正交归一化方法得到。
这种方法可以将不同阶数的多项式方程变成正交的、相互独立的函数。
在葛正权实验中,高斯多项式被用来拟合实验数据,从而得到材料的力学性质。
3.实验数据分析
从应力和应变曲线可以得到应力-应变曲线,根据杨氏模量的定义,应力-应变曲线的斜率即为杨氏模量。
在葛正权实验中,经常使用高斯多项式对应力-应变曲线进行拟合,从而得到杨氏模量的值。
4.应用范围
葛正权实验被广泛应用于各种金属和非金属材料的性质测试,特别是在研究高温下的材料性质方面。
它可以测量材料的弹性、热膨胀系数、塑性变化、塑性突变等性质,并能够帮助研究人员更好地了解材料的力学性质。
总之,葛正权实验是一种非常有效的材料实验方法,它可以通过拟合实验数据得到材料的力学性质,从而帮助研究人员更好地了解材料的性质和行为。
泰勒柱实验原理泰勒柱实验是一种重要的流体力学实验,它以其简单而直观的原理和独特的实验装置而闻名于世。
这种实验利用液体在速度变化时产生的不稳定性现象,为我们研究流体力学中的一系列现象提供了重要的参考和理论基础。
泰勒柱实验的原理可以简单总结为:当一个在背景流体中旋转的柱体周围存在着旋转速度不均匀的环境时,柱体表面就会出现分界面。
这些分界面呈现出波纹状,并且会随着背景环境的变化而变得越来越复杂。
通过观察这些波纹的形状和演化过程,我们可以得到一些关于流体运动的重要信息。
泰勒柱实验的装置是一个长而细的柱体,它可以在水槽中自由旋转。
柱体的两端分别与电动机和减速器相连,通过电动机的驱动,使得柱体能够以不同的角速度旋转。
在水槽中,我们可以加入一种色拉藻作为示踪物质,使得柱体旋转时呈现出明显的分界面。
通过高速摄像机的拍摄和图像分析,我们可以准确地观察和记录这些波纹的形态和运动。
泰勒柱实验在流体力学的研究中具有重要的指导意义。
首先,通过实验我们可以观察到分界面的形成和演化过程,从而对不稳定性现象有更深入的了解。
这对于研究流体中的涡旋、湍流等现象有着重要的启示。
其次,我们可以通过改变柱体的旋转速度和环境流体的性质,来研究不同条件下的分界面形态和运动规律。
这为我们理解流体力学中的各种复杂现象提供了重要的实验基础。
另外,泰勒柱实验还可以用于验证一些理论和模型。
例如,在涡旋形成的过程中,我们可以通过实验观察到涡旋之间的相互作用,从而验证涡旋动力学理论的正确性。
而对于一些复杂的流体现象,如湍流形成和演化,虽然尚无完全的理论解释,但通过泰勒柱实验可以提供一些有价值的实验数据,为理论的发展和完善提供重要的参考。
总之,泰勒柱实验是一种生动而全面的流体力学实验。
通过观察和研究分界面的形态和演化,我们可以深入理解流体中的不稳定性现象,为流体力学的研究提供重要的参考和指导。
同时,泰勒柱实验还可以用于验证理论和模型,在某种程度上推动了流体力学理论的发展和完善。
一、实验目的1. 通过实验观察塞曼效应,验证原子在磁场中的能级分裂现象。
2. 学习运用光栅摄谱仪等实验仪器进行谱线分析。
3. 掌握塞曼效应在原子物理及天体物理中的应用。
二、实验原理塞曼效应是指原子在磁场作用下,其能级发生分裂的现象。
当原子置于垂直于其能级跃迁方向的磁场中时,其能级将分裂为若干个能级,且能级间距与磁场强度成正比。
根据能级分裂的情况,塞曼效应可分为正常塞曼效应和反常塞曼效应。
实验中,我们采用光栅摄谱仪观察汞原子546.1nm谱线的塞曼效应。
通过分析谱线的分裂情况,可以计算磁感应强度,从而验证塞曼效应。
三、实验仪器与材料1. 光栅摄谱仪2. 汞灯3. 电磁铁4. 546nm滤光片5. 光栅6. 聚光透镜7. 偏振片8. 成像物镜与测微目镜组合而成的测量望远镜9. 计算机及相关软件四、实验步骤1. 将汞灯放置在实验台上,连接电磁铁。
2. 将546nm滤光片置于汞灯前,将光栅置于滤光片后。
3. 调节光栅与成像物镜的距离,使光栅衍射的光线聚焦在成像物镜上。
4. 打开电磁铁,调节磁场强度,观察谱线的分裂情况。
5. 记录不同磁场强度下的谱线分裂情况,包括分裂条数、间距等。
6. 利用计算机软件对谱线进行拟合,计算磁感应强度。
五、数据处理1. 将实验数据整理成表格,包括磁场强度、分裂条数、间距等。
2. 利用计算机软件对谱线进行拟合,得到分裂条数与磁场强度的关系。
3. 根据拟合结果,计算磁感应强度。
六、实验结果与分析1. 实验结果显示,随着磁场强度的增加,汞原子546.1nm谱线的分裂条数逐渐增多。
2. 通过拟合,得到分裂条数与磁场强度的关系为:N ∝ B,其中N为分裂条数,B 为磁感应强度。
3. 根据理论计算,磁感应强度B = 1.9 × 10^-4 T。
七、实验结论1. 实验验证了塞曼效应的存在,证明了原子在磁场中的能级分裂现象。
2. 通过实验,掌握了光栅摄谱仪等实验仪器的使用方法。
3. 塞曼效应在原子物理及天体物理中具有重要的应用价值,如测量磁感应强度、研究原子能级结构等。
1. 理解塞曼效应的基本原理,掌握塞曼效应的实验方法。
2. 掌握使用光栅摄谱仪、偏振片等实验仪器进行塞曼效应实验的操作技能。
3. 通过实验,观察和分析塞曼效应现象,验证塞曼效应的基本规律。
二、实验原理塞曼效应是指在外加磁场的作用下,原子光谱线发生分裂的现象。
当原子处于外磁场中时,其能级会发生分裂,导致光谱线发生偏转和分裂。
根据分裂情况,塞曼效应可分为三种类型:横向塞曼效应、纵向塞曼效应和混合塞曼效应。
横向塞曼效应:原子能级在垂直于外磁场方向的分量发生分裂,导致光谱线在横向发生偏转和分裂。
纵向塞曼效应:原子能级在平行于外磁场方向的分量发生分裂,导致光谱线在纵向发生偏转和分裂。
混合塞曼效应:原子能级在垂直和平行于外磁场方向的分量同时发生分裂,导致光谱线在横向和纵向同时发生偏转和分裂。
三、实验仪器与材料1. 光栅摄谱仪2. 偏振片3. 笔形汞灯4. 电磁铁装置5. 聚光透镜6. 546nm滤光片7. F-P标准具8. 成像物镜与测微目镜组合而成的测量望远镜9. 标准具间距(d=2mm)10. 实验台1. 准备实验仪器,检查各部件是否完好,连接线路无误。
2. 将光栅摄谱仪、偏振片、笔形汞灯、电磁铁装置等实验仪器安装在实验台上,调整各仪器至合适位置。
3. 打开电磁铁电源,调整电流,使电磁铁产生所需的外加磁场。
4. 将笔形汞灯放置在实验台上,调整光路,使光束通过偏振片、546nm滤光片、F-P标准具等部件。
5. 调整F-P标准具的间距,观察光束在标准具内多次反射后形成的干涉条纹。
6. 逐渐调整电磁铁电流,观察光谱线的分裂情况,记录分裂条纹的间距、偏转角度等数据。
7. 重复实验,改变电磁铁电流,观察光谱线的分裂情况,记录数据。
8. 分析实验数据,验证塞曼效应的基本规律。
五、实验数据及处理1. 记录不同电磁铁电流下,光谱线的分裂条纹间距、偏转角度等数据。
2. 对实验数据进行处理,计算分裂条纹间距与电磁铁电流的关系,分析塞曼效应的规律。
泰勒三大实验简述及结论泰勒是科学管理运动的代表人物,他在管理实践中进行了一系列实验,其中最具代表性的是三项实验。
以下是泰勒三项实验的简述及结论:1. 生铁搬运试验生铁搬运试验是泰勒进行的一系列实验之一。
在该实验中,泰勒挑选了 75 名搬运工人,每天向他们支付 115 美元的工资。
实验期间,泰勒对每个工人的动作和时间进行了研究和分析。
他发现,每个工人搬运生铁的时间和负重程度是不同的,而且搬运铁块的平均日工作量也很低。
为了提高工作效率,泰勒对工人进行了训练和合理搭配劳动时间与休息时间,使得工人能够将每天的工作量平均提高到 47 吨,而且负重搬运的时间只有原来的 42%。
同时,他采用刺激性的计件工资制,使得工人希望通过提高工作量来获得更多的工资。
实验结果表明,科学管理能够提高生产效率,同时也能够减轻工人的疲劳程度。
2. 铁锹试验铁锹试验是泰勒进行的一系列实验之一。
在该实验中,泰勒研究了不同铁锹的大小和形状,以及不同工人使用铁锹的熟练程度和负重程度。
他发现,使用不合适的铁锹会浪费时间和劳动力,同时也会造成疲劳和身体不适。
因此,泰勒设计了一种标准化的铁锹,并针对不同的工作内容制定了不同的使用规范。
实验结果表明,采用标准化的管理方法和正确的工作规范,可以提高生产效率和减少疲劳程度。
3. 选矿试验选矿试验是泰勒进行的一系列实验之一。
在该实验中,泰勒研究了不同类型的矿石和选矿方法,以及不同工人的技能和工作效率。
他发现,不同的矿石有不同的选矿方法和技术要求,而且不同的工人也具有不同的技能和工作效率。
为了提高工作效率和降低成本,泰勒对选矿过程进行了科学规划和管理,制定了标准化的操作规范和评估标准。
实验结果表明,科学管理能够提高选矿效率和降低成本。
泰勒的三项实验都揭示了科学管理的方法和优势,它提倡通过研究和分析来提高生产效率和降低成本,同时也强调了标准化管理和正确工作规范的重要性。
泰勒及三大实验弗雷德里克·温斯洛·泰勒(Frederick Winslow Taylor,1856—1915)三大试验一个在死后被尊称为“科学管理之父”的人;一个影响了流水线生产方式产生的人;一个被社会主义伟大导师列宁推崇备至的人;一个影响了人类工业化进程的人。
一个由于视力被迫辍学的人;一个被工人称为野兽般残忍的人;一个与工会水火不容,被迫在国会上作证的人;一个被现代管理学者不断批判的人。
这个人就是泰勒,管理思想发展史中最重要,同时也是最富有争议的人。
生平简历1856年,3月20日,弗雷德里克·温斯洛·泰勒(Frederick Winslow Taylor)出生于美国费城杰曼顿一个富有的律师家庭。
在接受中学教育后,进入埃克塞特市菲利普斯??埃克塞特专科学校学习。
1874年,考入哈佛大学法律系,不久,因眼疾辍学。
1875年,进入费城恩特普里斯水压工厂当模具工和机工学徒。
1878年,转入费城米德维尔钢铁公司(Midvalesteel Works)工作。
从机械工人做起,历任车间管理员、小组长、工长、技师等职,他在该厂一直干到1897年。
1881年,泰勒开始在米德维尔钢铁厂进行劳动时间和工作方法的研究,为以后创建科学管理奠定了基础。
同年,在米德瓦尔开始进行著名的著名的著名的著名的“金属切金属切金属切金属切削试验削试验削试验削试验”,经过两年初步试验之后,给工人制定了一套工作量标准,米德瓦尔的试验是工时研究的开端。
1883年,通过业余学习,获得新泽西州霍肯博的史蒂文斯技术学院机械工程学位。
1884年,担任米德维尔钢铁公司的总工程师。
同年结婚。
1886年,加入美国机械工程师协会(The American Society of Mechanical Engineers)1890年,离开米德维尔,到费城一家造纸业投资公司任总经理。
1893年,辞去投资公司职务,独立从事工厂管理咨询工作。
泰勒三大实验及结论
1. 泰勒的热实验:泰勒将两个金属球放在不同温度的场合下,并且用铁杆把两个金属球连接起来。
他发现热量会自然地从高温球传向低温球,直到两个金属球的温度相等,这个过程中热量的传递是逐渐平稳的。
这说明了热量是从高温向低温传递的,也表明了热量是能量的一种形式。
2. 泰勒的重力实验:泰勒发现测量物体的重力可以通过卷起一根很轻的金属丝,并通过细微的振动来判断物体重量的大小。
他发现重量与物体的质量成正比,而与距离的平方成反比。
这个实验为今天的物理学家提出定义质量和重力的基础。
3. 泰勒的光学实验:泰勒证明了光的波动性,将光的波动性提出到一个新的高度。
他使用干涉计和狭缝实验,观察光的干涉和衍射现象,发现光也具有波动性,这发生在它通过狭缝或反射时。
这个实验开创了新的方向,为今天的光学研究奠定了基础。
物理海洋实验讲义海洋环境学院2008年3月目录物理海洋实验的概述物理海洋实验的基本设备实验1 风浪水槽平均风速测量实验2 水槽风浪波面位移的测量和分析实验3 海-气边界层的测量和分析实验4 水下压力波动的测量与分析实验5 科氏力实验实验6 泰勒柱实验实验7 Rossby波的实验模拟物理海洋实验的概述一.引言众所周知,物理海洋学是流体力学的一个重要分支,是研究海洋流体和地球流体动力过程的一门学科。
物理海洋学本身又是以应用和实践为主的学科,其研究方法可分为理论研究、数值模拟、实验研究和海洋调查。
各者互为补充,又不可代替。
其中实验研究是物理海洋学的不可忽略的重要组成部分。
它的研究范围遍及物理海洋学的各个领域,对物理海洋学地发展起着关键性的作用。
二.物理海洋实验和海洋调查从广义上讲,现场海洋调查也属于实验研究的范畴,所不同是,海洋调查直接探测的对象是真实的海洋,而实验研究大多在实验室模拟环境下进行。
海洋现场调查是研究海洋的重要方法,是直接获取海洋资料的主要途径。
但是海洋调查有局限性:1)属于被动观测,无法控制环境条件,无法重复现象和过程。
2)对于有些非静态的变化过程或者大尺度现象,仅靠有限的海上单点时间序列的现场观测是无法全面了解的。
3)近代海洋卫星遥感技术虽然可以大范围观测海洋,但是对于海洋内部的过程仍然无法直接观测到。
4)海上条件复杂和恶劣,且观测费用昂贵,不易采用系统的和精密的、重复的观测手段。
相比之下,实验室物理模拟研究的优点是:1)可以控制实验条件,如背景风和背景流。
2)可以重复再现海洋现象和过程;3)可以运用各种先进技术手段,精细的、全面的观测;4)可以观察到现象的内部规律,比如内波、毛细波、Rossby波、海洋湍流、贴水面边界层、水下水质点运动等等。
三.物理海洋实验研究的主要任务1.研究海洋运动中的新现象和相应的基本规律,探索相应的基本规律在物理海洋学研究的许多分支中心的发现和重大研究成果不断涌现。
物理海洋实验讲义海洋环境学院2008年3月目录物理海洋实验的概述物理海洋实验的基本设备实验1 风浪水槽平均风速测量实验2 水槽风浪波面位移的测量和分析实验3 海-气边界层的测量和分析实验4 水下压力波动的测量与分析实验5 科氏力实验实验6 泰勒柱实验实验7 Rossby波的实验模拟物理海洋实验的概述一.引言众所周知,物理海洋学是流体力学的一个重要分支,是研究海洋流体和地球流体动力过程的一门学科。
物理海洋学本身又是以应用和实践为主的学科,其研究方法可分为理论研究、数值模拟、实验研究和海洋调查。
各者互为补充,又不可代替。
其中实验研究是物理海洋学的不可忽略的重要组成部分。
它的研究范围遍及物理海洋学的各个领域,对物理海洋学地发展起着关键性的作用。
二.物理海洋实验和海洋调查从广义上讲,现场海洋调查也属于实验研究的范畴,所不同是,海洋调查直接探测的对象是真实的海洋,而实验研究大多在实验室模拟环境下进行。
海洋现场调查是研究海洋的重要方法,是直接获取海洋资料的主要途径。
但是海洋调查有局限性:1)属于被动观测,无法控制环境条件,无法重复现象和过程。
2)对于有些非静态的变化过程或者大尺度现象,仅靠有限的海上单点时间序列的现场观测是无法全面了解的。
3)近代海洋卫星遥感技术虽然可以大范围观测海洋,但是对于海洋内部的过程仍然无法直接观测到。
4)海上条件复杂和恶劣,且观测费用昂贵,不易采用系统的和精密的、重复的观测手段。
相比之下,实验室物理模拟研究的优点是:1)可以控制实验条件,如背景风和背景流。
2)可以重复再现海洋现象和过程;3)可以运用各种先进技术手段,精细的、全面的观测;4)可以观察到现象的内部规律,比如内波、毛细波、Rossby波、海洋湍流、贴水面边界层、水下水质点运动等等。
三.物理海洋实验研究的主要任务1.研究海洋运动中的新现象和相应的基本规律,探索相应的基本规律在物理海洋学研究的许多分支中心的发现和重大研究成果不断涌现。
大量的研究领域和课题仍属于未知。
许多问题还未能很好的解决,远非单纯的理论分析和数值计算能够胜任。
因此,实验研究的任务是不断的研究海洋运动中的新现象和相应的基本规律,探索相应的基本规律。
即便是某些运动规律或现象已经可以从理论上得到预测的情况下,在没有充分的实验验证之前通常是不会得到人们的正式承认的。
2.研究海洋各种尺度过程之间的关系在海洋中,存在着各种尺度的过程。
大到行星尺度的地转运动,小到海面毛细结构的微尺度过程。
他们之间并不是简单独立的,而是存在着相互作用及能量交换。
实验研究的的对象是经比尺变换的模型,模拟范围遍及各种尺度,最有条件研究各种尺度过程之间的相互关系。
3.利用模拟技术解决应用中的实际问题实验研究的诀窍在于利用模拟技术,以最小的代价和有限的实验条件来发现、证实或重现某种具有研究价值的物理规律或实际应用问题,解决一些理论方法和数值方法无法解决的实际问题,这对海洋工程尤其具有重要意义。
4.发展实验仪器和测量方法实验仪器是开展实验研究的必要手段。
在多数情况下,实验工作者可以利用和购置现有的产品,更多的侧重于熟练地和正确地掌握使用仪器。
但是,在有些情况下,实验研究需要研究人员自行研制设计开发新仪器和新方法。
实验研究的进展,往往取决于新技术和手段的突破。
一般来说,一个国家的科学水平常常反映在实验室中。
因而,实验研究在一定意义上反映着整个学科的水平。
近年来,随着科学技术的发展,大量的高科技术和尖端仪器应用于实验研究。
但是,总体来说,仍与实验研究的工作需要不相适应。
因此,正确的设计和组织实验研究工作,有预见性地选择和安排实验课题,合理地使用仪器和测量技术,发挥现有条件的作用,研究实验技术并有效的方法来实现预期的研究目标,这是实验研究的重要任务。
要求实验研究者为完成研究目标具有最大的灵活性并在实践中锻炼学识、提高驾驭学科某个领域的能力。
物理海洋实验的基本设备物理海洋实验的设备种类繁多。
根据不同的研究对象需要不同的实验设备。
若以研究对象的尺度分类可分为小尺度现象模拟实验设备和大尺度现象模拟设备。
其中有代表性的是风-浪-流水槽和地球流体旋转平台等。
下面简要介绍我校海洋环境学院物理海洋和海洋学实验室的这几种基本设备。
一.风-浪-流实验水槽风-浪-流实验水槽通过风机、造波机、流机,在封闭的管道中形成人工的风、浪、流,构建一个模拟海面实际情况的背景环境,能够局部再现海上风、浪、流以及相互作用的一些基本动力过程和各种小尺度物理海洋现象,可以运用各种技术手段,近距离的观测许多海洋现象,观察海洋的内部各种运动规律,还可以进行多种模拟实验。
是物理海洋模拟实验特别是小尺度海洋实验常用的基本设备。
图1 风-浪-流水槽示意图我校海洋系物理海洋与海洋学实验室的风-浪-流水槽工作段高 1.2m, 宽0.8m, 长25m,水槽底面离地面0.6m。
整体采用全不锈钢框架结构。
水槽的侧面和底面均为跨度为3m的双层玻璃板。
水槽管路采用闭合回风和回流结构,回风和回流部分采用玻璃钢材料的管道。
由于水槽的闭合性,槽内空气和水都可以加温,加二氧化碳。
水槽顶盖两侧有双道轻轨,水槽上方的屋顶架设有负重导轨,为实验设备的架设和移动提供了方便。
水槽配设的风机可以产生从2m/s到15m/s的风速。
流机可产生0.05m/s到1.0m/s的流速。
造波机可制造最大波面位移达30cm的规则波和随即波。
这些基本功能可以满足许多物理海洋实验的要求。
水槽的回风管道部分,有一个用于流体力学实验的标准风洞,可用于边界层实验,环境模拟实验,气象仪器检测,工程实验等等。
图2 风浪流水槽结构图在使用水槽之前,首先要了解实验水槽的基本情况,比如,水槽的风速变化范围,风浪基本参数,水流的参数等,这些参数对于合理选择实验区段,估计试验误差,减少实验的重复性和盲目性以及对于分析和判断实验室结果和海上现场调查结果之间的差别都是不可缺少的。
二.地球流体旋转平台地球流体动力学实验研究的对象是地球上的大气和海洋等大中尺度运动过程和现象。
在大中尺度过程中,地球旋转效应起着重要作用。
为了模拟旋转坐标系中的地球流体运动,实验需在一个旋转条件下进行。
旋转平台提供了一个模拟地球自转的实验条件。
根据地球旋转流体实验的要求,转台需要具备如下基本条件:1. 转速均匀,转速范围为0.5~30rpm,无级调速;2.转台具有一定的承载能力;3. 转台平面水平,无明显起伏和振动;4. 转台上下有集流环提供强电通道;5. 转台上配有照明光源和相应的测量仪器;6. 转台上架设随转台同步旋转的电子摄像机7. 转台上下之间有遥控通道;8.转台配有自驱动流动装置或外循环流通道;.地转实验平台结构示意图根据不同的实验需要,转台上可安放各种水槽。
水槽的样式可以是圆形、矩形、长形、扇形或者不规则形。
以适应不同的实验需要。
扇形水槽实验个例圆柱形水槽实验个例三. 分层循环水槽为了模拟海洋中的层化流动或剪切流场中的各种现象和过程,需要一种能形成密度分层流的循环水槽。
该水槽中形成密度分层后,利用特殊设计的动力装置(Kovasznay泵)分别对每层流体以不同速般加以驱动,形成具有一定密度剖面和速度剖面的流动。
这种装置对模拟大气扩散、海洋湍流、江河湖海中的异重流的运动规律具有特殊意义。
该水槽一般用于研究连续层化流体方面的实验研究。
因此该水槽还配有特殊的连续层化流体生成和保持的配套装置。
除此之外,该水槽还可以做许多非层化的流体实验,如剪切流实验,湍流实验等。
循环水槽示意图1循环水槽示意图2实验1 风浪水槽平均风速测量一. 本实验有关知识1.1 流动和流速分类流体运动的测量是物理海洋实验最基本和最常见的内容(如平均风速,风速梯度,表面漂流,边界层剪切流,水中流速,以及湍流等的测量),同时往往又是其他实验的重要的背景条件。
根据实验的具体需要和要求,流动参数可为不同的种类,如根据流体介质的不同可分为:气流、水流;根据速度的不同可分为:平均流速、变化量; 根据测量点不同可分为:单点或数点、整个区域流速分布。
流动是一种矢量,具有模量和方向,在有些实验中,需要测量三维流向。
无论是大尺度运动实验还是小尺度现象观测都离不开流动参数或流场的测量。
学习物理海洋实验必须从流动测量开始。
只有扎实掌握流动的测量原理和基本方法,才能为深入学习和掌握物理海洋实验打好基础。
1.2 流动的常用测量方法1) 示踪测流法(适用于低速、平均流速)在流体中混合有与流动同时运动的气泡或固体粒子示踪物,根据这些物质的运动轨迹获得流速或流线分布。
示踪物可用空气泡、氢气泡、聚苯乙烯粒子、铝粉、烟雾粒子等。
数据获取方法一般采用照相或录像,然后通过人工判读或图像处理获得流场或流速的分布情况。
这种方法简单方便,一般用于定性分析。
2) 压差测流法(适用于中等流速、平均流速)利用绕流物体表面的压力差测量流速——皮托管。
其精度高,稳定。
常作为标准测量。
其缺点主要有:容易堵塞、方向不易控制、影响流场(使雷诺数降低)。
3) 旋浆测流法(适用于中等流速、平均流速)利用旋浆转速与流速成正比的原理。
接触气流的部分的形状为螺旋桨型或杯性。
适合较大流路和野外使用。
优点:耐用。
缺点:精度一般。
4)热线热膜测流法 (HWA)热线采用直径为2—10微米的铂丝或钨丝,焊接在两根系金属架上,构成探针。
利用细电阻丝的热传导与风速的函数关系制作。
丝越细,响应越快。
因此特别适用于变化的流速测量。
热线探针分为一维探针、二维探针、三维探针;测量水流速时采用热膜探针。
热线测速的优点主要有:1)体积小,对流场干扰小;2)适用范围广。
不仅可用于气体也可用于液体,在气体的亚声速、跨声速和超声速流动中均可使用;除了测量平均速度外,还可测量脉动值和湍流量;除了测量单方向运动外还可同时测量多个方向的速度分量。
3)频率响应高,可高达1 MHz。
4)测量精度高,重复性好。
热线测速的缺点是探头对流场有一定干扰,热线容易断裂。
5)超声多普勒测流法(ADV) (适用于低速、平均流速)根据多普勒原理,利用发射超声波(20kHz)脉冲在流动中的频率变化测量流速。
有两种方法:A) 在上下游各安置发一对发声器和接收器,根据两边的信号计算出流速。
B) 利用流动中的微粒子的反射声波的频率变化测量流速。
6)激光多普勒测流法(LDV)(适用于全域风速、平均流速,变化流速) 激光多普勒测速仪是测量通过激光探头的示踪粒子的多普勒信号,再根据速度与多普勒频率的关系得到速度。
由于是激光测量,对于流场没有干扰,测速范围宽,而且由于多普勒频率与速度是线性关系,和该点的温度,压力没有关系,是目前世界上速度测量精度最高的仪器。
其优点:不产生湍流、测量范围宽、空间分辨率高。
缺点为信号处理复杂、调整麻烦、价格昂贵。
7)粒子图像测流法(PIV)PIV是粒子图像测速仪的简称,它是九十年代后期成熟起来的流动显示技术的发展。