低频条件下的法拉第斑图选择问题研究

在一定条件下,受到竖直方向周期性驱动力作用的液体自由表面会产生特定的驻波图样,即法拉第斑图.本实验以圆柱形容器中的黄原胶溶液为研究对象,利用模态激振器驱动容器所在的平台,并通过高速摄像机捕获法拉第斑图图样,探究了低频条件下的斑图选择问题.实验结果显示,在一定的参数条件下,在斑图出现的临界点附近有一弱非线性区,这一区域内许多实验现象都可以利用线性振动的理论近似解释.此时形成的斑图往往仅分布于容器的一条直径上,随着驱动力频率的增大,所形成的波腹数目增加,斑图稳定性交替变化.理论分析表明,这一现象是表面驻波色散关系和容器边界条件共同作用的结果.

高频驱动条件下法拉第斑图生成的临界参数探究

本实验研究在高频周期外力驱动下的黄原胶溶液系统中法拉第斑图的生成过程.实验结果表明,斑图生成的临界参数最大驱动加速度A_(cc)与驱动频率f成准线性关系.进一步的半定量理论分析表明这一结果可能与粘滞导致的能量耗散以及外界驱动的能量输入达到平衡有关.溶液表面最大速率可能是影响斑图生成的关键特征量.

黄原胶溶液中法拉第斑图色散关系的修正

质量一定、受竖直简谐驱动的液体表面在一定条件下会产生稳定驻波图样,即法拉第斑图.对于黄原胶溶液斑图系统,朗道的经典表面重力张力波色散关系仅适用于低频区域.为了使更大频率范围内色散关系成立,需要考虑黏滞耗散及剪切稀化效应,作出理论修正.分析表明,黏滞耗散为斑图系统的色散关系引入了频率的四次方依赖项;剪切稀化效应在高频下弱化了黏滞耗散,采用幂律方程定量描述了该作用.基于圆柱形容器中的黄原胶溶液及配套测量器材,测量了较大频率范围内的色散关系,验证了理论修正的合理性.

蜂蜜溶液法拉第斑图的研究

本文研究周期性外力驱动下蜂蜜溶液法拉第斑图的特性.实验中观察到相较于水或黄原胶溶液,蜂蜜溶液的法拉第斑图具有很高的有序度.对产生斑图的临界加速度进行了探究,发现蜂蜜溶液与黄原胶溶液在弱非线性区具有相似的动力学特性.关于色散关系的测量结果显示,蜂蜜溶液色散关系与重力-表面张力波理论色散关系有较好的一致性,但蜂蜜溶液的非牛顿黏滞性导致两者有所差异.