不可压缩流体恒定流动量定律实验.docx

不可压缩流体恒定流动量定律实验一、实验目的 １．验证不可压缩流体恒定流的动量方程；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、实验原理恒定总流动量方程为 取脱离体，因滑动摩擦阻力水平分力 fx0.5%Fx ，可忽略不计，故x方向的动量方程式为：Fx=-PCA==即 式中: hc——活塞形心处的水深，m； D——活塞的直径，m；Q——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和活塞形心淹深hc，由给定的管嘴直径d和活塞直径D，代入上式，便可获得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形心淹深。三、实验装置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. 带活塞的测压管 9.带活塞和翼片的抗冲平板 10. 上回水管四、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hｃ值。５．测量流量：利用体积时间法，在上回水管的出口处测量射流的流量，每次时间在20秒左右。６．改变水头重复实验，逐次打开不同速度上的溢水孔盖，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。五、实验结果处理及分析（1）记录常数管嘴内径d=1.200cm，活塞直径D=2.000cm。序号体积V(cm3)时间T(s)管嘴作用水头H0(m)活塞作用水头hc(m)流量Q（cm3/s）流速（m/s）动量力F（N）动量修正系数β11506.675.71 0.35200.1878263.86 2.33 -0.03 0.3381 21733.337.82 0.27540.1380221.75 1.96 -0.01 0.3518 31450.006.90 0.25600.1190210.04 1.86 -0.13 0.3381 设计实验参数记录，计算并填入实测数据。的平均值为 0.3427 。六、问题讨论1、实测β与公认值(β=1.02～1.05)符合与否？如不符合，试分析原因。实测β与公认值不符合，其最大可能原因之一是翼轮不转所致。为排除此故障，可用4B铅笔芯涂抹活塞及活塞套表面。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方向的动量力有无影响？为什么？无影响。因带翼片的平板垂直于x轴，作用在轴心上的力矩T，是由射流冲击平板是，沿yz平面通过翼片造成动量矩的差所致。即 式中 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。该式表明力矩T恒与x方向垂直，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、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。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垂直，则x方向的动量方程与设置导水管与否无关。4、滑动摩擦力为什么可以忽略不记？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1mm左右深的水，观察活塞及液位的变化)因滑动摩擦力5,故可忽略而不计.如第三次实验，此时=11.90cm，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5。假如活动摩擦力大于此值，则活塞不会作轴向移动，亦即达不到11.90时就会保持不变，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仍恢复到11.90cm为止。这表明活塞和活塞套之间的轴向动摩擦力几乎为零，故可不予考虑。