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臺大工學院簡訊

學術成果

陳炳萊、蔡沛勲、陳仕昇、David H. Frakes、陳祈彰、王安邦*:Practical notes toward higher quality and more reliable experiments on drop and liquid surface interactions, Experiments in Fluids 63:8, (2022).
  • 發布單位:工學院

  在熱流文獻中有很多液滴和液面相互作用的實驗。但新進研究人員常因為缺乏系統性的訓練與經驗累積,因此在學習上會面臨較長的學習曲線。我們在此文中將執行液滴和液面相互作用實驗多年的經驗,整理出實驗宜注意的一些祕訣:包含如何製造精準厚度的薄液膜、如何產生無衛星液滴的方法、以及如何降低液體槽中通常被忽略的隱形擾流等。

 

  在製做薄液膜方面我們將其分為:(I)體積/面積法,(II)直接量測法和(III)塗佈法等三大類,如圖一所示。實驗操作者可依照我們匯整出來的表格,從薄膜厚度、精準度、儀器設備成本以及操作複雜性等需求選擇合適的方法。

 

  而在實驗室操作以重力產生液滴的實驗時,為了解決產生主液滴時會有衛星液滴尾隨的問題,我們利用多孔性材料以穩定釋放主液滴外,同時在滴管中心添加了一輔助針,使得液柱在分離時可以穩定地退回滴管,以最簡單的方法達到防止衛星液滴產生,大幅提昇實驗品質的目的(圖二)。

 

  在執行液滴撞擊液面實驗時,一般多數人常會忽略在看似穩定液面下的隱形擾流,而影響了實驗結果的精確性。我們針對裝液體應注意的方法和機構做出系統性的整理,並以液滴撞擊產生的可視化渦環流場來表現有無隱形擾流差異的結果(圖三)。(應力所王安邦教授提供)

 

 

 

 

 

圖一:生成薄液膜方法之分類:(a)體積/面積法; (b)直接測量法和(c)塗佈法。

 

 

 

圖二:(a)(b)為一般滴管釋放主液滴時會伴隨產生衛星液滴(如箭頭所示); (c)(d)為安裝特殊設計的滴管,產生液滴時不會有衛星液滴,能大幅提昇實驗品質。

 

 

 

 

圖三:液滴撞擊水槽產生的渦環在未控制(上圖)與加以控制(下圖)下之流場可視化結果差異比較。