课题8：Cusps in a Cylinder

A horizontal cylinder is partially filled with a viscous fluid.When the cylinder is rotated around its axis, unusual fluid behaviour can be observed, such as cusp-like shapes on the walls of the cylinder. Investigate the phenomenon.

•标题：Experimental study of coating flows in a partially-filled horizontally
•Author: S. T. Thoroddsen, L. Mahadevan
•出处：Experiments in Fluids 23 (1997) 1Ð13 ( Springer-Verlag 1997
•讨论问题：
1. 关于实验in the free-surface flow inside a partially filled circular cylinder which is rotated about its horizontal axis of symmetry，描述了一系列不同现象。
2.角速度逐渐增大过程中的详细变化过程叙述。
3.无量纲参量，影响参数（Re雷诺数，Fr弗劳德数，Ca毛管数（粘性力与表面张力之比），A管长与半径之比，体积分数）
4.实验装置设置

•方法：
1.实验装置：
*树脂玻璃圆筒R=6.25cm，l=48.75cm（另外还有其他用途的不同参数的圆筒）
（有两个圆锥杆轴支撑），主动轴、滑轮、皮带等
*两个独立电动机（可达1750rpm），使得圆筒转速可达8cycles/s
*角速度的测定——利用停表测时间，同时利用转速器测定，二者误差小于0.5%
*角速度的调节须十分小心、缓慢——4.4.1
*利用圆筒内的液体来保持圆筒横轴水平
*液体的粘滞性分类：两种以上的不同浓度的甘油-水混合物，粘度系数2~1020centipoise（注意随着甘油浓度增加，密度也会增大）
*液体可用染料（如刚果红）染色，便于观察
*表面张力：表面张力计，69+-4dyn/cm
*体积分数 1%~30%

•结果
记录了以下方面的结果：
1.角速度逐渐增大的一般过程现象（就是整个过程变化中各种pattern的概述）
2.晃动不稳定性（？）：临界角速度w（c/s）随体积分数、粘滞系数的变化，并作出相图
3.“前端”不稳定性、大幅度振动模式：体积分数的变化会影响振幅能否稳定
4.“鲨鱼牙尖”型液面：研究了波长λ、振幅β与角速度ω的关系（粘滞系数μ一定），波长最大值与前端的角度有关（约270度）。
5“水帘”
……
. •疑问：
*许多现象的描述、变化过程不理解
*数据处理方法以及解读
*某些实验参数不明白

•备注：
作为第一篇参考文献，主要以现象的描述为主，还有实验装置以及一些参数的设计具有很强的参考作用。分析实验现象也可以参考文献所用的参数相关关系。 实际操作实验的现象和文献描述的变化作对比参照。 下一步：搞清楚实验装置以及一些实验参数的设定。预备设计实验。

Byron
2018.3.20

*实验者：周钰承 覃柏霖
*时间：
*地点：
*内容：（暂定）
研究半充满于绕轴旋转的封闭玻璃圆筒的黏滞性流体的形态变化，分别以角速度、流体粘滞系数为自变量，观察并研究流体在圆筒中的相关变化。
*期望结果：（未确定）
流体形态随角速度的变化而出现明显的变化，不同粘滞系数对应的形态变化过程不同。

**所需设备
1.树脂玻璃圆筒 以及 配套胶塞（一端可拔出来注入液体） （具体参数看实验室条件？）
内径R_内=50mm左右
外径R_外=53mm左右
长度L=600mm左右
（实在没有的话可以数据都减半）
2.电动机
600rpm 可调速 （可以使上述圆筒最大转速达10转每秒左右）
（最好是交流电动机，配调速器换挡，连续调节旋钮）
3.机动装置附：
+转速仪——用于测定转速
+皮带、滑轮等传动装置
4.去离子水1L
5.甘油500ml（？？），刚果红染色剂
6.粘度计
7.表面张力计
8.量筒100ml 三个，烧杯500ml三个，玻璃棒

*原理图（待研究）
实物图（实验装置概念图）

*采集结果
角速度——转速仪；视频分析
表面张力——表面张力计
粘度——粘度计；实测
长度——刻度尺
现象与结果——手机录像；录像机摄像

*步骤

*目前进行的工作：实验器材的准备，文献的继续研究

很不错。读数笔记以后也可以编辑成Word或PDF文件，上传到这个页面。 — 乐永康 2018/03/20 09:27

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编辑窗口菜单栏，倒数第五个按钮！ — 乐永康 2018/03/21 08:55