动量定律-中国石油大学(华东)流体力学实验报告.docVIP

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