動量定律實(shí)驗(yàn).doc

不可壓縮流體定常流動量定律實(shí)驗(yàn)班級學(xué)號_姓 名_實(shí)驗(yàn)日期_指導(dǎo)教師_ 北京航空航天大學(xué)流體所不可壓縮流體定常流動量定律實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?1驗(yàn)證不可壓縮流體定常流的動量方程； 2通過對動量與流速、流量、出射角度、動量矩等因素間相關(guān)性的分析研討，進(jìn)一步掌握流體動力學(xué)的動量守恒定理； 3了解活塞式動量定律實(shí)驗(yàn)儀原理、構(gòu)造，進(jìn)一步啟發(fā)與培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的能力。二、實(shí)驗(yàn)裝置 本實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示： 動量定律實(shí)驗(yàn)裝置圖 1 自循環(huán)供水器 2 實(shí)驗(yàn)臺 3 可控硅無級調(diào)速器 4 水位調(diào)節(jié)閥 5 恒壓水箱 6 管嘴 7 集水箱 8 帶活塞的測壓管 9 帶活塞和翼片的抗沖平板 10 上回水管 自循環(huán)供水裝置1由離心式水泵和蓄水箱組合而成。水泵的開啟、流量大小的調(diào)節(jié)均由調(diào)速器3控制。水流經(jīng)供水管供給恒壓水箱5，溢流水經(jīng)回水管流回蓄水箱。流經(jīng)管嘴6的水流形成射流，沖擊帶活塞和翼片的抗沖平板9，并以與入射角成90的方向離開抗沖平板。抗沖平板在射流沖力和測壓管8中的水壓力作用下處于平衡狀態(tài)?；钊涡乃頷c可由測壓管8測得。由此可求得射流的沖力，即動量力F。沖擊后的棄水經(jīng)集水箱7匯集后，再經(jīng)上回水管10流出，最后經(jīng)漏斗和下回水管流回蓄水箱。 為了自動調(diào)節(jié)測壓管內(nèi)的水位，以使帶活塞的平板受力平衡并減小摩擦阻力對活塞的影響，實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用了自動控制的反饋原理和動摩擦減阻技術(shù)。其構(gòu)造如下： 帶活塞和翼片的抗沖平板9和帶活塞套的測壓管8如下左圖所示。該圖是活塞退出活塞套時(shí)的分部件示意圖?；钊行脑O(shè)有一細(xì)導(dǎo)水管a，進(jìn)口端位于平板中心，出口端伸出活塞頭部，出口方向與軸向垂直。在平板上設(shè)有翼片b，活塞套上設(shè)有窄槽c。 工作時(shí)，在射流沖擊力作用下，水流經(jīng)導(dǎo)水管a向測壓管內(nèi)加水。當(dāng)射流沖擊力大于測壓管內(nèi)水柱對活塞的壓力時(shí)，活塞內(nèi)移，窄槽c關(guān)小，水流外溢減少，使測壓管內(nèi)水位升高，水壓力增大。反之，活塞外移，窄槽開大，水流外濫增多，測管內(nèi)水位降低，水壓力減小。在定常射流沖擊下，經(jīng)短時(shí)段的自動調(diào)整，即可達(dá)到射流沖擊力和水壓力的平衡狀態(tài)。這時(shí)活塞處在半進(jìn)半出、窄槽部分開啟的位置上。過a流進(jìn)測管的水量和過c外溢的水量相等。由于平板上設(shè)有翼片b，在水流沖擊下，平板帶動活塞旋轉(zhuǎn)，因而克服了活塞在沿軸向滑移時(shí)的靜摩擦力。三、實(shí)驗(yàn)原理 定常流動量方程為 其中 稱為動量修正系數(shù)，是考慮到管道流速非均勻時(shí)，用一維流的動量流量來表達(dá)實(shí)際非均勻流的動量流量而引入的一個(gè)修正系數(shù)。 取控制體如下圖所示，設(shè)平板對控制體的作用力為，方向向左如圖，由x方向動量方程：或射流作用在平板上的力大小與此相等，方向向右。射流產(chǎn)生的沖擊力與測壓管產(chǎn)生的壓力相平衡，考慮到軸套之間的滑動摩擦阻力水平分力 0.5 %，可忽略不計(jì)，故即 式中： hc作用在活塞形心處的水深； D活塞的直徑； Q射流流量； 1射流的速度； 1動量修正系數(shù)。 實(shí)驗(yàn)中，在平衡狀態(tài)下，只要測得流量Q和活塞形心水深hc，由給定的管嘴直徑d和活塞直徑D，代入上式，便可測定射流的動量修正系數(shù)1值，并驗(yàn)證動量定律。其中，測壓管的標(biāo)尺零點(diǎn)已固定在活塞的圓心處，因此液面標(biāo)尺讀數(shù)，即為作用在活塞形心處的水探。 四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟 1準(zhǔn)備：熟悉實(shí)驗(yàn)裝置各部分名稱、結(jié)構(gòu)特征、作用性能，記錄有關(guān)常數(shù)。 2開啟水泵：打開調(diào)速器開關(guān)，水泵啟動23分鐘后，關(guān)閉23秒鐘，以利用回水排除離心式水泵內(nèi)滯留的空氣。 3調(diào)整測壓管位置：待恒壓水箱滿頂溢流后，松開測壓管固定螺絲，調(diào)整方位。要求測壓管垂直、螺絲對準(zhǔn)十字中心，使活塞轉(zhuǎn)動松快，然后旋轉(zhuǎn)螺絲固定好。 4測讀水位：標(biāo)尺的零點(diǎn)已固定在活塞圓心的位置上。當(dāng)測壓管內(nèi)液面穩(wěn)定后，記下測壓管內(nèi)液面的標(biāo)尺讀數(shù)，即hc值。 5測量流量：用體積法或重量法測流量時(shí)，每次時(shí)間要求大于10秒均需重復(fù)測三次再取均值。 6改變水頭重復(fù)實(shí)驗(yàn)：逐次打開不同高度上的溢水孔蓋，改變管嘴的作用水頭。調(diào)節(jié)調(diào)速器，使溢流量適中，待水頭穩(wěn)定后，按3-5步驟重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 7收拾實(shí)驗(yàn)臺，整理數(shù)據(jù)。 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 簡要寫出實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟。2 記錄有關(guān)常數(shù) 實(shí)驗(yàn)裝置臺號No 2 ； 管嘴內(nèi)徑（cm）d 1.185 活塞直徑（cm）D= 1.985 3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)記錄、計(jì)算表，并填入實(shí)測數(shù)據(jù)測次重量W/kg時(shí)間T/s活塞作用水頭hc/cm流量Qcm3/s流速Vcm/s動量力F/N動量修正系數(shù)1/cm2/s413.43413.5319.50253.806230.1320.5913781.012523.10913.7215.50226.603205.4660.4700691.009632.66713.707.80194.672176.5130.2365510.6884 4取某一流量，給出控制體圖，闡明分析計(jì)算的過程。解：取第一次測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算：流流速由 及故六、實(shí)驗(yàn)分析與討論1實(shí)測(平均動量修正系數(shù))與公認(rèn)值= (102105)符合與否?如不符合，試分析原因答：實(shí)測，與公認(rèn)值= (102105)不符合。由三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，與公認(rèn)值較接近，誤差較大。其可能原因是（1）第三次測量時(shí)流量過小，測量時(shí)間較短，因而誤差較大；（2）第三次測量時(shí)，水未充滿水管，管中出現(xiàn)大量大氣泡，流速極不穩(wěn)定，因而影響測量。2帶翼片的平板在射流作用下獲得力矩這對分析射流沖擊無翼片的平板沿x方向的動量方程有無影響?為什么?答：無影響。因?yàn)閹б砥钠桨宕怪庇趚軸，作用在軸心上的力矩T，是由射流沖擊平板是，沿yz平面通過翼片造成動量矩的差所致。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；入流速度與圓周切線方向的夾角，接近90；出流速度與圓周切線方向的夾角；分別為內(nèi)、外圓半徑。該式表明力矩T恒與x方向垂直，動量矩僅與yz平面上的流速分量有關(guān)。也就是說平板上附加翼片后，盡管在射流作用下可獲得力矩，但并不會產(chǎn)生x方向的附加力，也不會影響