Applicability evaluation of the stress-optic law in Newtonian fluids toward stress field measurements
Applicability evaluation of the stress-optic law in Newtonian fluids toward stress field measurements
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牛顿流体应力光学定律对应力场测量的适用性评估
DOI：
10.1103/physrevresearch.2.043111
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发表时间：
2020
影响因子：
4.2
通讯作者：
Murai Yuichi
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Noto Daisuke;Tasaka Yuji;Hitomi Jumpei;Murai Yuichi
为了确定牛顿流体直接应力场测量中流体中的应力光学定律是否满足流体中的应力光学定律，通过实验室实验研究了一种由于流体诱导双折射而显色的新型流变液。为了在实验上验证这一点，进行了两种确保二维流动的旋转实验：使用流变学流体的颜色可视化和使用粒子图像测速仪测量速度场。利用波数分析，从轴对称和单向流动中的单色快照确定了双折射的方位角。颜色和剪切应力值之间的直接比较使得建立两者之间的唯一关系成为可能，从而验证了应力-光学定律可以应用于流体。本研究的结果表明，在牛顿流体中实现时间和空间分辨的应力场测量是一条很有希望的途径。
A novel rheoscopic fluid displaying coloration due to flow-induced birefringence is investigated through laboratory experiments to ascertain if it satisfies the stress-optic law in fluids in direct stress field measurements of Newtonian fluids. To validate this experimentally, two types of spin-up experiments ensuring two-dimensional flows were performed: color visualization using the rheoscopic fluid and velocity field measurement by particle image velocimetry. Using a wave-number analysis, the orientation angle of the birefringence was determined from a single color snapshot in axisymmetric and unidirectional flows. Direct comparisons between color and shear stress values made it possible to establish a unique relation between the two, verifying that the stress-optic law can be applied in the fluid. The results of the present study suggest a promising avenue toward enabling temporally and spatially resolved stress field measurements in Newtonian fluids.
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