流动双折射显示法初探.pdfVIP

第l4卷 第6期 上海工业大学学报 VoLI4N。- 1993 12月 JOURNAL OF SHANGHAIUNIVERSITY OF TECHNOLOGY De~：mber 1993 科技报导 一 一 ；，D矽 流动双折射显示法初探 、 ) ． 兰壶氐 垒 碴～王昭宏 {基础课教学部1 摘 要 某些液体和溶液受到剪应力作用时会产生流动双折射现象 作者对弯越管道 的流场作显示实验，取得一 韧步结果．奉文就流动双折射原理 ，实验装置，实验结果及 其可能的应用作韧步探讨 、 关键词 菠动双折射 液体菠场显示 中图分类号 0348 1873年麦克斯韦尔和马赫同时发现了某些液体和溶液受到剪应力作用时会产生光的 双折射．该现象通常称为麦克斯韦尔效应．这样一些双折射流体可以是纯液体，某些大分 子在 中性溶剂 中的溶液或悬浮液性能会更好一些，双折射流体可以有牛顿或者非牛顿的应 变一应力特性 [1】． 梅尔茨柯奇 [1]曾报道测量流动双折射的最简单的装置是用偏振光镜观测在两个同心圆 筒(其 中一个静止，一个转动)中液体作受追流动，并提及韦兰等学者从条纹图形计算速度剖 面以及探测湍流形成过程的方法． 本文应用麦克斯韦尔理论对简单几何形状管道 中液体的流动进行 了．初步的显示试验， 结果表明，流动双折射技术用于实际流动显示和流体动力学某些参数的测定是可行的． 1 基本原理 根据光的偏振原理，一束入射光波在双折射介质 (如方解石)中将被分为偏振面互相垂 直的两束线偏振光，O光 (寻常光线)和 P光(非常光线 介质对它们的折射率分别为 和 ， 如果入射光垂直于入射平面，而该入射平面又含有光轴时，这两束光波在同一点离开 介质时将产生一定的相位差 △妒 2呼 一H¨) (1) d是介质的几何厚度，i是入射光波长． 当。光和 P光通过双折射流场时，因上式 中 ／e／和 H的不 同与局部剪应力强度 z成正 比[11，所 以 △妒=C．t (2) 1993年 5月20日收剜初稿 唐志良 讲师，杂德诰 尉教授，王昭宏 教授，上海工业大学物理教研室 上海市延长路 1499 (2ooo72) 6期 唐志良等：流动双折射显示珐初探 其 中C 为 比例常数．而对于牛顿流体的二维不可压缩流动，剪切力强度与该处液体流动 的速度梯度及粘滞系数有关 【‘·】 av tC2( 贵 ) (3) 其 中c2为比例常数， 和 v分别是沿 ．和Y方向的速度分量， 为粘滞系数． 由(1—(3)式可得关系式： av av c(亏 ) 4() C是与 吐 ^， 有关的比例系数． 如把上述双折射流体放在两个正交的偏振镜之间，当适 当的光通过这光学系统时，由 于发生了相位差的。光和 光的干涉，将会在检偏镜后的记录屏上观察到偏振光的干涉图 样．当0光和P光离开检偏镜时总相位差△ 等于 的奇数倍时，可观察到干涉暗条纹． 流体 中所含大量光学上各向异性的分子，在正常情况下其取向是随机的，因此．