科学规律的本身是客观真理,是不会陈旧的。人们运用这些规律的方式和作出的相应设计方案,却是日新月异的。——王竹溪
从查普曼·恩斯克理论到斯托克斯·爱因斯坦扩散方程,
从泰勒弥散二维、三维求解到洛伦兹对流,
从弯道内迪恩流,到高中低雷诺数…关于连续化微通道的基础理论,我们大多会反馈:太烧脑,大脑CPU已经卡顿。把客观世界抽象化考验的是科学素养,把科学真理大众化考验的则是一个人的人文情怀了。好在丁全有竟然还真能把流体科学用通俗的语言说明白,话不多说,请看图!
动量定理
液体飞溅:牛奶飞溅,作为一个物体的力,这其中有许多的相互作用,流体各不相同的物理特性,表面张力,流体粘滞度、液池深度,所有这一切因素都决定了飞溅的模式。
蜥蜴水上漂打捆机的原理动图:看看大自然非凡的表演吧,看这表面张力,再看看这家伙,这是蛇怪蜥蜴,它的体重约为20g,这种生物能够在水上奔跑捕捉食物,他们在脚下创造出气穴,这样就能够在水上奔跑了,因为有动量交换。
气球爆炸:我们要理解这一现象,并考虑如何利用这个来创造一些能量,看看这个气球,里面装满了水,刺穿后立即爆炸把水剧烈的炸出。看看这个气泡的爆炸,我们注意到有两个小的气泡留存了下来。
反应设备
气穴侵蚀:气穴是指压强低于液体的蒸汽压,导致的结果就是,在流动的同时产生气泡,随着这些气泡移动到液体的其他区域,由于巨大的压力作用,气泡破裂,而当它们破裂时,形状改变,会产生如同高速喷射机一样的效果,从而破坏像钢铁一样坚硬的材料。
通过上图我们可以发现,侵蚀的源头正是由于推进器附近水瓦解产生小气泡,因为水释放的压力达到一定程度之后,就会自动的汽化成小气泡,这些气泡不是空气,基本上是水蒸气,是通过压力形成的水蒸气,随着压强低于蒸汽压而形成。它可以导致这样的损害(产生侵蚀),大家可以看到这对于工程应用的影响,这些都是在设计时要考虑到的,要使气穴现象尽可能不发生。
香波变稀:K效应,这也是相当迷人的。当某种剪切稀化流体落下,在这里也就是香波,触碰到同种流体的稀薄层时,并且这种流体喷射形成细流时,你会在某一点上,发现一些从流体喷射出来的细流形成了戏剧性的方式,他们会偏开,有些其他的材料也会产生这种现象。
跑淀粉:在水上行走,和粘度有关的现象。水池中的液体是玉米淀粉和水的混合物,这个混合物很特别,它的流动方式就像在看到那样,如果挤压这种混合物,用内切应力挤压,这种混合物就呈现出固体的特征。
扩散现象:粘滞度的不同,是各种流体在运动中有了截然不同的表现。所有流体都会有持续变形,但根据粘滞系数值的不同表现各异。
左边视频:水和甘油两者密度相近,表现不同,在这种运动中,密度并没有什么关系;
右边视频:看四种粘度截然不同的液体,在喷射的时候现象完全迥异。
换热设备
Singing bubbles:当液体在这个方向流动时,水的速度也在发生变化,随着速度的变化,我们看到当它沿着这个加速时,会发生旋转,压力降到了蒸汽压之下,就形成了气泡,气泡破裂,发出声音。
(层流)无滑移边界:在水箱里装了水,水在流动,刺入一根带有染料的针,可以看到,离水箱壁很近的地方,染料就停留在原处,而远离水箱壁的染料,则和水一起流走了,这种现象叫无滑移边界。该现象是:流体随固体边界一起运动,所以如果固体的边界是静止的,靠近边界的第一层流体就也会是静止的,从这一层静止的流体开始,流体的速度会从零,缓慢上升至自由流动的速度。
枪虾:平静的海洋里一点都不宁静,充斥了各种各样动物的声音,它们甚至可以破坏潜水艇的声波传输,很多这样的声音都是由一些不起眼的生物发出的,枪虾,通过猛关自己的虾螯,它发出的声音不仅可以用于交流,还有着致命的杀伤力,这些虾在跟踪自己的猎物,它在远处通过虾螯制造出声波武器,虾螯像手枪一样先竖起再开火,产生的效果惊人,当虾螯合上时,它发出一群气泡,气泡破裂时,它们的温度可以达到太阳的温度,这种爆炸产生了十分令人惊异的效果。
塔设备
气泡:表面张力形成了气泡,形成液体的薄膜,一层有弹性的薄膜,增加接触面积,促进反应。
流体的喷射中断:麻省理工学院一个非常著名的用高度相机捕捉到了这个我们希望能用工程学术语解释的效果,是什么导致流体的喷射现象像这样被掐断,正是表面张力导致流体被掐断,因为流体较细的部分压力较大,一旦流体产生不稳定,高压就会导致流体离开较细的部分。
龙卷风:龙卷风和沙尘暴一样,是气体柱由于阳光的加热和地球的转动,裹挟着灰尘垂直上升,这真的是一种很神奇的现象,还有全球范围的龙卷风,我们可以试着用工程学的角度来理解这种现象背后的物理。
马郎格尼效应:温度的渐变或者表面活性剂浓度都会引起表面张力的变化,这会引发液体从表面张力低的地方流向表面张力高的地方。
视频中在水的表面撒了一些胡椒粉,刚开始它们并没有沉下去,而是浮在水面上,它们在水面保持在一个位置上,大致来说这是因为水用均等的力,从每一个方向作用于每一粒胡椒粉,所以胡椒粉保持静止,后来我们在水中加入肥皂水,肥皂水是一种化合物,一旦放了一点,就能改变水的表面张力,所以有一小部分面积水作用胡椒粉的拉力小于其它部分水作用胡椒粉的拉力,所以胡椒粉就被拉向碗的边缘,因为那里的表面张力更大,所以大体来说胡椒粉被拉往边缘,因为你减少了中间那一点的表面张力。
打捆机的原理动图看过了上面的内容,你对流体是不是又有了新的认知呢
术业有专攻,如果你如丁全有那样在化工设备和流体领域
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