基本介紹
- 中文名：液晶法
- 外文名：Liquid crystal method
- 套用：風洞試驗
- 作用：觀察實驗流態
- 利用材料：液晶
- 發展：熱色液晶測熱
簡介,液晶,炮風洞液晶測熱系統,熱色液晶,熱色液晶靜態校側系統,其他觀察方法,示蹤方法,光學方法,
簡介
液晶法是利用液晶顏色隨溫度而改變的特性來識別層流、湍流邊界層和激波。液晶是一種油狀有機物,溫度較低時，無色透明,隨著溫度上升，便以紅、黃、綠、藍、無色的順序改變，能鑑別有微小溫差的層流和湍流邊界層流動以及激波前後的溫差。它適用於高速和超聲速流態觀察。液晶的塗法與漆類似，先稀釋，再噴塗。液晶對污物雜質敏感，噴塗時，模型表面必須乾淨。
液晶
某些物質在熔融狀態或被溶劑溶解之後，儘管失去固態物質的剛性，卻獲得了液體的易流動性，並保留著部分晶態物質分子的各向異性有序排列，形成一種兼有晶體和液體的部分性質的中間態，[1]這種由固態向液態轉化過程中存在的取向有序流體稱為液晶。現在定義放寬，囊括了在某一溫度範圍可以是顯液晶相，在較低溫度為正常結晶的物質。例如，液晶可以像液體一樣流動（流動性），但它的分子卻是像道路一樣取向有序的（各向異性）。有許多不同類型的液晶相，這可以通過其不同的光學性質（如雙折射現象）來區分。當使用偏振光光源，在顯微鏡下觀察時，不同的液晶相將出現具有不同的紋理。在紋理對比區域不同的紋理對應於不同的液晶分子。然而，所述分子是具有較好的取向有序的。而液晶材料可能不總是在液晶相（正如水可變成冰或水蒸汽）。
液晶可分為熱致液晶、溶致液晶。熱致液晶是指由單一化合物或由少數化合物的均勻混合物形成的液晶。通常在一定溫度範圍內才顯現液晶相的物質。典型的長棒形熱致液晶的分子量一般在200~500g/mol左右。溶致液晶：是一種包含溶劑化合物在內的兩種或多種化合物形成的液晶。是在溶液中溶質分子濃度處於一定範圍內時出現液晶相。它的溶劑主要是水或其它極性分子液劑。這種液晶中引起分子排列長程有序的主要原因是溶質與溶劑分子之間的相互作用，而溶質分子之間的相互作用是次要的。溶致液晶是一種包含溶劑化合物在內的兩種或多種化合物形成的液晶。
炮風洞液晶測熱系統
熱色液晶
熱色液晶(Thermochromic liduid crystal，簡稱TLC)是一種隨著溫度變化而迅速改變其反射光顏色的膽鑿相液晶。反射光顏色改變，液晶也隨著改變顏色。事實上，熱色液晶是有選擇的反射可見光。所反射的可見光的波長決定於液晶隨溫度變化特殊的分子結構。隨著溫度升高，液晶從無色變為紅色，然後為桔黃、黃色、綠色、藍色和紫色，最後再變為無色。利用這一特點，我們可以定性地確定噴塗有液晶材料的模型表面溫度。如果把其反射的可見光信息進行量化，就可以定量的確定相應的溫度值。
熱色液晶靜態校側系統
靜態校測系統是在靜態條件下，模擬風洞實驗條件，包括照明、數位相機狀態和液晶塗層等，對液晶校測板緩慢加熱，用數位相機和鉑電阻溫度計獲得顏色和溫度數據，根據一定的色彩理論建立顏色和溫度之間的對應關係，獲得液晶的靜態校測曲線，即Hue一T曲線。
這套系統包括加熱板、校測板(噴塗了液晶的有機玻璃板)、鉑電阻溫度計、照明裝置、數位相機和RGB讀取軟體，如圖1所示。
圖1液晶靜態校測裝置
其他觀察方法
風洞中流態觀察方法大致為分兩類:第一類是示蹤方法;第二類是光學方法。
示蹤方法
在流場中添加物質，如有色液體、煙、絲線和固體粒子等，通過照相或肉眼觀察添加物隨流體運動的圖形。只要添加物足夠小，而且比重和流動介質接近，顯示出來的添加物運動的圖形就表示出氣流的運動。這是一種間接顯示法，特別適合於顯示定常流動。常用的除液晶法外，還有煙流法、油流法、絲線法、蒸汽屏法和升華法等5種:
①煙流法 用風洞中特製煙管或模型上放出的煙流顯示氣體繞模型的流動圖形。這是一種很好的觀測方法。世界各國建設了不少煙風洞。通常是在風洞外把不易點燃的礦物油用金屬絲通電加熱而產生的煙引入風洞;也有將塗有油的不鏽鋼或鎢絲放在模型前，實驗時通電將鎢絲加熱,產生細密的煙霧。為了保證煙束清晰不散,必須採用大收縮比的收縮段、穩定段或風洞入口加裝抗湍流網和採用吸振性能好的材料製造洞壁等措施，保持煙流為層流狀態。煙流法除用於觀察繞模型的流動，還可用來測量邊界層過渡點位置和研究渦流結構。
②油流法 在粘性的油中摻進適量指示劑(如炭黑)並滴入油酸，配製成糊狀液態物，均勻地塗在模型表面。實驗時通過指示劑顆粒沿流向形成的紋理結構，顯示出模型表面的流動圖形。如果油中加入少量螢光染料，則在紫外線照射下可以顯現出螢光條紋圖，稱為螢光油流圖。它可以顯示模型表面氣流流動方向、邊界層過渡點位置、氣流分離區、激波與邊界層相互干擾等流動現象。
③絲線法 將絲線、羊毛等纖維貼上在要觀察的模型表面或模型後的格線上,由絲線的運動(絲線轉動、抖動或倒轉) 可以判明氣流的方向和分離區的位置以及空間渦的位置、轉向等。現在又發展到用比絲線更細的尼龍絲，有時細到連肉眼都看不清。將尼龍絲用螢光染料處理後再粘在模型上。這種絲線在紫外線照射下顯示出來，並且可以拍攝下來。粘絲很細，對模型沒有影響，可同時進行測力實驗。此法稱為螢光絲線法。
④蒸汽屏法 在風洞中形成過飽和的蒸汽，在需要觀察的截面，垂直氣流方向射入一道平行光，氣流經過光面時，由於離心力的作用，旋渦內外蒸汽的含量是不同的,光的折射率因此不同,便能顯示出渦核的位置。此法多用來觀察大攻角脫體渦的位置。
⑤升華法試驗時，將揮發性的液體或容易升華的固體噴塗在模型表面，依據塗料從模型上散失的速度與邊界層狀態有關的原理(在湍流邊界層內由於氣流的不規則運動導致該處蒸發量或升華量大於層流處)來區分邊界層狀態，確定過渡點的位置。
