动量定律实验.doc

不可压缩流体定常流动量定律实验
班级学号_____＿________
姓　 　 名_＿_＿__＿____＿__
实验日期___＿_________＿
指导教师__＿__＿＿_______
北京航空航天大学流体所
不可压缩流体定常流动量定律实验
一、实验目得要求
1.验证不可压缩流体定常流得动量方程;
　 ２.通过对动量与流速、流量、出射角度、动量矩等因素间相关性得分析研讨，进一步掌握流体动力学得动量守恒定理;
　　 ３．了解活塞式动量定律实验仪原理、构造,进一步启发与培养创造性思维得能力。
二、实验装置
　 本实验装置如下图所示：

　 　 　 　 　 　 动量定律实验装置图
　　 　 1 自循环供水器 2　实验台 　３ 可控硅无级调速器 ４ 水位调节阀　
　 　　 　 5 恒压水箱 6　管嘴 　 　7 集水箱 　 8 带活塞得测压管
　 　 　 　9 带活塞与翼片得抗冲平板 　 １０ 上回水管
　 自循环供水装置1由离心式水泵与蓄水箱组合而成。水泵得开启、流量大小得调节均由调速器3控制。水流经供水管供给恒压水箱5，溢流水经回水管流回蓄水箱。流经管嘴6得水流形成射流，冲击带活塞与翼片得抗冲平板9，并以与入射角成90°得方向离开抗冲平板。抗冲平板在射流冲力与测压管8中得水压力作用下处于平衡状态.活塞形心水深hｃ可由测压管８测得.由此可求得射流得冲力,即动量力F。冲击后得弃水经集水箱７汇集后,再经上回水管10流出,最后经漏斗与下回水管流回蓄水箱。
为了自动调节测压管内得水位，以使带活塞得平板受力平衡并减小摩擦阻力对活塞得影响，实验装置应用了自动控制得反馈原理与动摩擦减阻技术。其构造如下：
　 带活塞与翼片得抗冲平板９与带活塞套得测压管8如下左图所示。该图就是活塞退出活塞套时得分部件示意图。活塞中心设有一细导水管a,进口端位于平板中心，出口端伸出活塞头部，出口方向与轴向垂直。在平板上设有翼片b，活塞套上设有窄槽c.

　　工作时，在射流冲击力作用下,水流经导水管a向测压管内加水。当射流冲击力大于测压管内水柱对活塞得压力时,活塞内移，窄槽c关小，水流外溢减少，使测压管内水位升高，水压力增大。反之,活塞外移，窄槽开大,水流外滥增多,测管内水位降低,水压力减小。在定常射流冲击下,经短时段得自动调整，即可达到射流冲击力与水压力得平衡状态。这时活塞处在半进半出、窄槽部分开启得位置上。过a流进测管得水量与过c外溢得水量相等。由于平板上设有翼片b，在水流冲击下，平板带动活塞旋转，因而克服了活塞在沿轴向滑移时得静摩擦力。
三、实验原理
定常流动量方程为

其中β 称为动量修正系数,就是考虑到管道流速非均匀时，用一维流得动量流量来表达实际非均匀流得动量流量而引入得一个修正系数。
取控制体如下图所示,设平板对控制体得作用力为，方向向左如图，

由ｘ方向动量方程：

或
射流作用在平板上得力大小与此相等,方向向右.射流产生得冲击力与测压管产生得压力相平衡，考虑到轴套之间得滑动摩擦阻力水平分力 〈　 0、5 ％,可忽略不计，故

即
式中： hｃ--作用在活塞形心处得水深；
　 　　 　 D-—活塞得直径；
　 　 Q——射流流量;
　1——射流得速度;
　β１-—动量修正系数.
实验中，在平衡状态下，只要测得流量Q与活塞形心水深hｃ，由给定得管嘴直径ｄ与活塞直径Ｄ，代入上式，便可测定射流得动量修正系数β1值，并验证动量定律。其中,测压管得标尺零点已固定在活塞得圆心处,因此液面标尺读数，即为作用在活塞形心处得水探。
四、实验方法与步骤
　 　１。准备：熟悉实验装置各部分名称、结构特征、作用性能,记录有关常数。
　 　　２.开启水泵:打开调速器开关，水泵启动2～3分钟后，关闭2~3秒钟,以利用回水排除离心式水泵内滞留得空气。
３．调整测压管位置:待恒压水箱满顶溢流后,松开测压管固定螺丝,调整方位。要求测压管垂直、螺丝对准十字中心,使活塞转动松快，然后旋转螺丝固定好.
　　　 ４．测读水位：标尺得零点已固定在活塞圆心得位置上。当测压管内液面稳定后，记下测压管内液面得标尺读数，即hc值。
5。测量流量：用体积法或重量法测流量时，每次时间要求大于10秒．均需重复测三次再取均值。
　　 6.改变水头重复实验:逐次打开不同高度上得溢水孔盖，改变管嘴得作用水头。调节调速器,使溢流量适中,待水头稳定后，按3－5步骤重复进行实验.
　　 　７．收拾实验台，整理数据。
五、实验报告要求
1． 简要写出实验原理与实验步骤.
2． 记录有关常数 　
　 实验装置台号No 2 ；
　 　　管嘴内径（cm)d＝　 1、１85 　　 　
　 活塞直径(ｃm)D= 1、985
3． 实验参数记录、计算表，并填入实测数据
测次
重量
Ｗ/kｇ
时间
T/s
活塞作用水头
hc/cｍ
流量
Q
cｍ3／ｓ
流速
V
cm/s
动量力
F/N
动量修正系数β1/cm２/ｓ4
1
3、434
13、53
19、５０
253、８06
230、132
0、５91378
1、0125
２
３、10９
13、72
1５、５0
２２6、60３
２05、４66
0、470069
1、0０96
3
２、66７
13、７０
7、８0
194、672
176、５13
0、23６551
0、6884
　 4.取某一流量，给出控制体图,阐明分析计算得过程.
解:取第一次测量数据进行分析计算:
流
流速
由 及
故
六、实验分析与讨论
1。实测（平均动量修正系数）与公认值β= （１。0２～1．05)符合与否？如不符合,试分析原因.
答:实测,与公认值β=　（1．0２~1。05）不符合。
由三次实验数据可知,，与公认值β较接近,误差较大.其可能原因就是（１)第三次测量时流量过小，测量时间较短,因而误差较大；（2）第三次测量时，水未充满水管，管中出现大量大气泡，流速极不稳定，因而影响测量.
2.带翼片得平板在射流作用下获得力矩。这对分析射流冲击无翼片得平板沿x方向得动量方程有无影响？为什么?
答:无影响.
因为带翼片得平板垂直于ｘ轴，作用在轴心上得力矩T，就是由射流冲击平板就是,沿ｙz平面通过翼片造成动量矩得差所致。即
，式中
Q——射流得流量;
——入流速度在yz平面上得分速；
-—出流速度在ｙz平面上得分速;
——入流速度与圆周切线方向得夹角,接近90°;
-—出流速度与圆周切线方向得夹角;
-—分别为内、外圆半径。
该式表明力矩T恒与x方向垂直,动量矩仅与ｙｚ平面上得流速分量有关。也就就是说平板上附加翼片后，尽管在射流作用下可获得力矩,但并不会产生x方向得附加力，也不会影响x方向得流速分量。所以ｘ方向得动量方程与平板上设不设翼片无关.
　 　3。通过细导水管得分流,其出流角度与v2相同，对以上受力分析有无影响？
答:无影响。当计及该分流影响时,动量方程为

即
该式表明只要出流角度与v1垂直,则x方向得动量方程与设置细导水管与否无关。