动量定律-中国石油大学(华东)流体力学实验报告.doc

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.自循环供水阀； 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. 上回水管

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. 2
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
5094
20.26
28.20
18.50
251.4314
220.4730573
57242.22
1.032622
2
4447
20.33
21.60
14.00
218.7408
191.8075843
43318.43
1.032469
3
3969
20.98
16.00
10.50
189.1802
165.8867275
32488.83
1.035254

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)。

取第一组数据为例进行分析：
流量：
流速：
动量力：
动量修正系数：
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。

实验所得值为1.032622、1.032469、1.035254，均符合区间范围。

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？
无影响。
因为带翼片的平板垂直于x轴，作用在轴心上的力矩T是由射流冲击平板时沿yz平面通过翼片造成动量矩的差所致。

Q——射流的流量；
——入流速度在yz平面上的分速；
——出流速度在yz平面上的分速；
——入流速度与圆周切线方向的夹角，接近90°；
——出流速度与圆周切线方向的夹角；
——分别为内、外圆半径。
通过上式可以看出力矩T恒与x方向垂直，动量矩仅与yoz平面上的流速分量有关。即平板上附加翼片后，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，从而不会影响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？
无影响。
在x方向上，根据动量定律，，其中、均为0，最终，因此对受力分析无影响。
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)。
因假设实验中滑动摩擦力，故可略而不计。
该部分验证试验未做，仅从理论上分析。在恒定流受压平平衡的状态下，若向测压管内注入1mm左右深的水时，活塞所受的静压力增大。假如活动摩擦力大于此值，则活塞不会作轴向移动；反之，若活塞很敏感地作左右移动，则自动调整测压管水位直至恢复为止。
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。
如果若不为零，则，根据上式，越大则对应的越大；反之，越小则对应的越小。
其中专业理论知识内容包括：保安理论知识、消防业务知识、职业道德、法律常识、保安礼仪、救护知识。作技能训练内容包括：岗位操作指引、勤务技能、消防技能、军事技能。
二．培训的及要求培训目的
安全生产目标责任书
为了进一步落实安全生产责任制，做到“责、权、利”相结合，根据我公司2015年度安全生产目标的内容，现与财务部签订如下安全生产目标：
一、目标值：
1、全年人身死亡事故为零，重伤事故为零，轻伤人数为零。
2、现金安全保管，不发生盗窃事故。
3、每月足额提取安全生产费用，保障安全生产投入资金的到位。
4、安全培训合格率为100%。
二、本单位安全工作上必须做到以下内容：
1、对本单位的安全生产负直接领导责任，必须模范遵守公司的各项安全管理制度，不发布与公司安全管理制度相抵触的指令，严格履行本人的安全职责，确保安全责任制在本单位全面落实，并全力支持安全工作。
2、保证公司各项安全管理制度和管理办法在本单位内全面实施，并自觉接受公司安全部门的监督和管理。
3、在确保安全的前提下组织生产，始终把安全工作放在首位，当“安全与交货期、质量”发生矛盾时，坚持安全第一的原则。
4、参加生产碰头会时，首先汇报本单位的安全生产情况和安全问题落实情况；在安排本单位生产任务时，必须安排安全工作内容，并写入记录。
5、在公司及政府的安全检查中杜绝各类违章现象。
6、组织本部门积极参加安全检查，做到有检查、有整改，记录全。
7、以身作则，不违章指挥、不违章操作。对发现的各类违章现象负有查禁的责任，同时要予以查处。
8、虚心接受员工提出的问题，杜绝不接受或盲目指挥；
9、发生事故，应立即报告主管领导，按照“四不放过”的原则召开事故分析会，提出整改措施和对责任者的处理意见，并填写事故登记表，严禁隐瞒不报或降低对责任者的处罚标准。
10、必须按规定对单位员工进行培训和新员工上岗教育；
11、严格执行公司安全生产十六项禁令，保证本单位所有人员不违章作业。
三、 安全奖惩：
1、对于全年实现安全目标的按照公司生产现场管理规定和工作说明书进行考核奖励；对于未实现安全目标的按照公司规定进行处罚。
2、每月接受主管领导指派人员对安全生产责任状的落