动量定律+石工1201+01+李某某.docx

中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告
实验日期： 2014.12.12 成绩：
班级：石工（卓越）1310班学号： 1302011029 姓名：马睿 教师： 李成华
同组者： 石工（卓越）1310班 朱旭晨 张鑫磊

实验五、动量定律实验
一、实验目的
1．验证 不可压缩流体稳定流的动量方程 ；
2．通过对 动量与流速 、 流量 、 出射角度 、 动量矩 等因素间相关性的分析研究，进一步掌握流体动力学的 动量守恒定律 ；
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的能力。
二、实验装置
本实验的装置如图5-1所示。

图5-1 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. 水位调节器 ；
5. 恒压水箱 ； 6. 管嘴 ； 7. 集水箱 ；8.带活塞套的测压管；
9. 带活塞和翼片的抗冲平板； 10. 抗冲水管

自循环供水装置1由离心式水泵和蓄水箱组合而成。水泵的开启、流量大小的调节均由调速器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的水流形成射流，冲击带活塞和翼片的抗冲平板9，并以与入射角成90°的方向离开抗冲平板。抗冲平板在射流冲力和测压管8中的水压力作用下处于平衡状态。活塞形心水深可由测压管8测得，由此可求得射流的冲力，即动量力F。冲击后的弃水经集水箱7汇集后，再经上回水管10流出，最后经漏斗和下回水管流回蓄水箱。
为了自动调节测压管内的水位，以使带活塞的平板受力平衡并减小摩擦阻力对活塞的影响，本实验装置应用了自动控制的反馈原理和动摩擦减阻技术，其构造如下：
带活塞和翼片的抗冲击平板9和带活塞套的测压管8如图4-2所示，该图是活塞退出活塞套时的分部件示意图。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的压力时，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，水流外溢增多，测管内水位降低，水压力减小。在恒定射流冲击下，经短时段的自动调整，即可达到射流冲击力和水压力的平衡状态。这时活塞处于半进半出、窄槽部分开启的位置上，过a流进测压管的水量和过c外溢的水量相等。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的静摩擦力。

图5-2 图5-3
三、实验原理
恒定总流动量方程为

取脱离体如图4-3所示，因滑动摩擦阻力水平分力，可忽略不计，故x方向的动量方程为

式中 ——作用在活塞形心处的水深；
——活塞的直径；
——射流流量；
——射流的速度；
——动量修正系数。
实验中，在平衡状态下，只要测得流量Q和活塞形心水深，由给定的管嘴直径d和活塞直径D，代入上式，便可率定射流的动量修正系数值，并验证动量定律。其中，测压管的标尺零点已固定在活塞的圆心处，因此液面标尺读数，即为作用在活塞圆心处的水深。
四、实验要求
1．记录有关常数。 实验装置编号No. 4
管嘴内径： 1.205 ； 活塞直径： 2.005
2．编制实验参数记录、计算表格，并填入实测数据（见表5-1）。

表5-1 动量定律 实验测量记录及计算表
测
次
体积
V

时间

管嘴作用
水头

活塞作用
水头

流量

流速

动量力
F

动量修
正系数

1
3814
14.9
28.2
18.1
255.973
224.456
56004.5
0.9748
2
3832
17.1
22.7
14.6
224.094
196.501
45174.9
1.0259
3
3314
16.9
17.3
11.0
196.095
171.950
34035.9
1.0094

3．取某一流量，绘出脱离体图，阐明分析计算的过程(参见图5-3、5-2及表5-1)。
选取第一组：

五、实验步骤
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的空气。
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 标尺的零点已固定在活塞圆心的高程上。当测压管内液面稳定后，记下测压管内液面的标尺读数，即值。
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20秒，若用电测仪测流量时，则须在仪器量程范围内。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的溢水孔盖，改变管嘴的作用水头。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．验证对的影响 取下平板活塞，使水流冲击到活塞套内，调整好位置，使反射水流的回射角度一致，记录回射角度的目估值、测压管作用水深和管嘴作用水头。
六、注意事项
若活塞转动不灵，会影响实验精度，需在活塞与活塞套的接触面上涂抹4B铅笔芯粉。
七、问题分析
1．实测与公认值(＝1.02～1.05)符合与否？如不符合，试分析原因。
答：不太符合。我认为原因可能是活塞转动不灵影响了实验精度；也可能是操作时失误，比如测流量时，计时与接水不同步，未等水位平衡就读数等。

2．带翼片的平板在射流作用下获得力矩，这对分析射流冲击无翼片的平板沿x方向的动量方程有无影响？为什么？
答：没有影响。因为动量矩仅与yz平面上的流速分量有关。也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方向的附加力，也不会影响x方向的流速分量。所以x方向的动量方程与平板上设不设翼片无关。

3．若通过细导水管的分流，其出流角度与相同，试问对以上受力分析有无影响？
答：不影响。因为由式可得只要出流角度与V1垂直，则x方向的动量方程与设置导水管与否无关。所以不影响x方向的受力，也就不影响x方向的动量方程。

4．滑动摩擦力为什么可以忽略不计？试用实验来分析验证的大小，记录观察结果。(提示：平衡时，向测压管内加入或取出l左右深的水量，观察活塞及液位的变化)。
答：因为当滑动摩擦力<5‰时，可略而不计。在恒定流受压平平衡的状态下，如第1次实验，此时hc=18.5cm，当向测压管内注入1mm左右深的水时，活塞所受的静压力增大，约为射流冲击力的0.5%。假如活动摩擦力大于此值，则活塞不会作轴向移动，亦即hc变为18.6cm左右，并保持不变，然而实际上，此时活塞很敏感地作左右移动，自动调整测压管水位直至hc仍恢复到18.5cm为止。这表明活塞和活塞套之间的轴向动摩擦力几乎为零，所以，滑动摩擦力小于5%0 ，因此可忽略。

5．若不为零，会对实验结果带来什么影响？试结合实验步骤7的结果予以说明。
答：由式可得当v2x不等于0时，变为，实验结果将会改变。

八、实验总结
1。对虚拟实验的真实感受：

2．对本实验的认识及建议：