實驗過程

  1. 預備:

1.調配不同鹽水密度:用高級精鹽與RO水調配出相對密度為1.011.031.051.071.091.111.131.151.171.191.21之鹽水密度。

其調配方法如下:在兩個燒杯中分別預備純的RO水及飽和鹽水,將兩者依比例倒入己知質量的精密量筒內,若倒入之鹽水的體積有10ml,重量有12.1g,則該鹽水的密度為1.21g/ml,如果密度不符所需,則可再加水或飽和鹽水,調整鹽水密度。

2.製作自製針筒:拿一3.0ml的針筒(活塞拿掉)和少許的棉花,先把調配好的鹽水加入約1.5ml,並塞入少許的棉花至筒口後倒放(讓棉花吸入少許的鹽水以把棉花變成新活塞)。這樣可以利用滲透壓力控制滴數和不受手壓活塞所產生的衝力影響,防止人為誤差。

3.測量RO.H2O與不同鹽水密度之表面張力,並繪折線圖。

4.過濾RO:利用虹吸管原理製作(節省人力)並在出口放置三層FILTER PAPER(ADVANTEC),使得到更乾淨的RO(防止水中雜質影響表面張力和擾亂環形渦流行進)

5.實驗架構:

.實驗環境須在暗室中進行(防止其他光線使玻璃缸和放大鏡產生反光),並在玻璃缸上方25cm處放置150W照明燈一盞。

.把長201525(cm)的玻璃缸裝進濾過的RO水至20 cm水高。

.放置一面放大鏡(直徑7.5cm,焦距25cm)於玻璃缸前8-10cm(視情況而定)

.斜立一平面鏡(20cm7cm)於玻璃缸後,約65-75 度,讓鏡子反射光線照在環狀密度流上以便Hi8攝影機捕抓影像(傾斜角度視情況而定)

.在玻璃缸上方固定自製針筒,並且固定鐵尺於水中,防止產生人為誤差。

.在距玻璃缸前約45-60 cm處放置Hi8攝影機,STANDBY

 

﹙二﹚實驗方法:

    1. Hi8攝影機應調整至手動,以免影響測量時,攝影機自動調焦所造成的比例誤差。
    2. 將不同密度的鹽水溶液逐一作滴定,並且攝影以便觀察、測量。
    3. 每滴完一滴須停1-2分鐘,待之前的環流變成紊流散逸後,再繼續滴第二滴。
    4. 每一種密度都作15次,但取最相近的數據5次作平均。
    5. 每次做完一種密度後應該換一次RO水,因為先前的RO水已被污染會影響數據。
    6. 針筒每次做完一種密度後應該用濾過RO水清洗並換一次棉花。

﹙三﹚影像處理與測量數據方式:

    1. 利用Hi8攝影機的慢動作觀察環形渦流的運動狀態。
    2. 將錄製的環形渦流運動狀態放進電腦作影像處理(Ulead VideoStudioPaint Shop Pro 5),印出每1/30秒鐘的狀態以便做觀察。
    3. 位置固定水面下25mm上下1mm(因為環形渦流都在水面下25mm後散逸),利用Hi8攝影機慢動作先取好比例再用游標尺在電視上測量其外直徑、內直徑、壁高、壁厚、時間並求出速度、平均外直徑、平均內直徑、平均壁高、平均壁厚、平均速度和其平均誤差及環流大小變化量和滴狀→環狀、環狀→散逸的時間。
    4. 速度:25mm/時間(s)

      平均誤差:例如

    1

    2

    3

    4

    5

    平均

    外直徑

    4.03

    4.02

    4.17

    4.15

    4.16

    4.106

    =外直徑平均誤差

  1. 利用Microsoft ExcelTableCurve2D繪出折線圖和簡單線性模擬程式,並探討環形渦流其平均外直徑、平均內直徑、平均壁高、平均壁厚、平均速度、維持環流時間、環流散逸時間、放大率之間的關係。

 

 

﹙四﹚注意事項:

    1. 流場的擾動是影響環流形成及數據的一項因素,所以作實驗前應讓長201525(cm)的玻璃缸裝水並靜止一段時間使流場穩定,且玻璃缸口要覆蓋住以免雜質掉入。
    2. 在實驗中,應避免觸碰桌子以免產生振動,否則會影響環流形成、數據,並使流場產生擾動。
    3. 測量時,為了避免個人觀察的標準不同,所產生的人為誤差,應由特定的人作測量。
    4. 食用色素6號只能用在觀察方面,但不能用在測量方面,因為食用色素6號會影響環形渦流速度和變大率。

 

 

 

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