Overview

来源: 亚历山大的贾斯汀和 Adhikari;宾夕法尼亚州立大学机械与核工程系

在流体介质中浸泡的物体、车辆和生物体从周围的流体中感受到从浮力的形式产生的作用力-垂直向上的力, 由于流体重量,拖曳-在运动方向对面的电阻力, 和升力-垂直于运动方向的力。这些力的预测和表征对工程车辆和了解游泳和飞行生物的运动是至关重要的。

在本实验中, 将通过跟踪在甘油介质中气泡和油滴的上升速度来研究浮力、重量和拖曳力对淹没体的平衡。在终端上升速度下产生的阻力系数将与理论值进行比较。

Procedure

1. 气体喷射测试部分的制作 (见示意图和照片, 图 2)

在一个高大的, 扁平的塑料容器底部钻一个洞。通过这个洞安装一个穿过墙的舱壁。安装一个约3.2 毫米管压缩连接在舱壁配件出口减少配件。这将是气泡/液滴注入端口。
在压缩连接中插入短长度 (约1厘米) 的3.2 毫米直径的软橡胶帘线, 并拧紧接头螺母。使用缝纫针, 通过橡胶绳刺穿一个细孔。这将是向流体容器中注入气泡/液滴的?...

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Results

图3给出了一系列不断上升的气泡和不同直径的油滴。由于阻力相对较强, 小气泡和水滴在较低的速度下上升。在这些低速和长尺度下, 强表面张力会导致近球形气泡和水滴。最大的气泡接近 2, 导致尾迹区域的尾部有些扁平。最大的油滴只接近 0.2, 因为它们的重量更大。大的水滴形成微滴的形状, 很可能是由于油液滴内循环的高惯性 (密度)。相比之下, ?...

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Application and Summary

实验证明了流体介质中气泡和液滴的阻力系数的测量。阻力系数由重量、浮力和拖曳力的计算确定。结果与气泡/雾滴C_D在低雷诺数上的理论模型进行了比较。这些结果可直接适用于工业热交换器, 如发电厂蒸汽发生器的设计。在蒸汽发生器中, 蒸汽气泡必须通过浮力或流体流动从加热区中除去, 以使新鲜液体到达加热元件。在化学反应器中, 通常会注入气泡来改善混合。因此, 需要通?...

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References

J.S. Hadamard, Motion of liquid drops (viscous), Comp. Rend. Acad. Sci. Paris. 154 (1911) 1735-1755.
W. Rybczynski, On the translatory motion of a fluid sphere in a viscous medium, Bull. Acad. Sci., Cracow, Ser. A. (1911) 40.

浮力和拖曳在浸没的身体