文档介绍：表面波法测量液体表面张力 Measurement of the surface tension of the liquid surface wave 安云雷材料学院材料加工过程系 15S009122 摘要本文利用表面张力在液面上产生毛细波的现象, 设计了一种原理上的比较新颖, 操作上简单,相对误差为 % ,可与公认的毛细上升法相比的沮量方法。 ABSTRACT In this paper, the surface tension of capillary waves on the surface of the phenomenon, a relatively new design of Principle and on, the operation is simple, the relative error of %, compared with the method may be disheartened by the amount of proven capillary rise method. 关键字:张力系数;波长;暗纹间隔前言在许多的工程应用中,表面张力是重要的设计参数;例如制冷系统冷凝器与蒸发器的设计计算,微型通道内流体的流动及换热,内燃机气缸内燃料喷射的雾化及蒸发等等。由于表面张力是流体的一个独立物性数据无法从其他物性中计算得出,所以, 以实验手段获得重要物质的表面张力数据是进一步研究的重要基础;因此,表面张力实验测量方法研究也备受关注。发展更加快速准确的测量手段,对整个科研工程应用意义重大。 1. 测量原理、装置示意图以及实验方法存在于液体表面的波动称为表面波。表面波非常常见,其波长从毫米(毛细波)到千米(潮涌波),振幅从零点几毫米到几十米。表面波的性质受到表面张力和重力的影响。当表面波的波长比较大(λ>10mm) 时,重力起主要作用;当表面波的波长比较小时(λ<10mm) ,表面张力起主要作用。由流体力学的知识可以知道: [1]式中, ρ是液体密度; ω=2πf是表面波的圆频率,其中 f是表面波的频率; k=2π/λ,其中λ是表面波的波长。对于波长比较小的表面波(毛细波), 重力的影响可以忽略。对于上面公式,忽略 gk项并把ω和k的表达式代入,可以得到:由上面公式可知,对于密度已知的液体,只要测得表面波的频率和波长就可以计算出表面张力的值。所以这里有两种测量方法,一种是固定毛细波的频率然后通过测量毛细波的波长来获得表面张力;另一种方法是固定毛细波的波长然后通过测量毛细波的频率来获得表面张力。图1 利用激励毛细波测量表面张力示意图固定毛细波的频率然后通过测量毛细波的波长来获得表面张力的方法如图 1 所示。其中激励探针接触液体表面,用于产生一定频率的表面波。利用一个和激励探针频率相同的光源照射液体表面,反射光经一个凹镜反射以后入射到一个读数望远镜上,从读数望远镜里可以看到明暗相间的条纹。测量 N条明条纹(或暗条纹)之间的距离 d,就可以得到表面波的波长: λ=d/N,由于表面波的频率 f 已知,所以可以进一步计算得到表面张力的数值。为了提高测量自动化可以利 D 作为接收装置,联合计算机实现快速自动化测量。[2] 图2 利用热毛细波测量表面张力示意图固定毛细波的波长然后通过测量毛细波的频率来获得表面张力的方法如图 2 所示。液