3不可壓縮流體恒定流動量定律實驗

1、不可壓縮流體恒定流動量定律實驗一、實驗?zāi)康囊螅?. 驗證不可壓縮流體恒定流的動量方程；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)性的分析研究，進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驗儀原理、構(gòu)造，進一步啟發(fā)與培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的能力。動量定律實驗裝置圖1.自循環(huán)供水器2.實驗臺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.上回水管二、實驗原理恒定總流動量方程為，可忽略不計，故x方向的動量方取脫離體，因滑動摩擦阻力水平分離程化為兀二-玖二-曲冷，二應(yīng)-脅J即式中：作用在活塞形心處的水深；D活塞

2、的直徑；Q射流流量；射流的速度；動量修正系數(shù)。實驗中，在平衡狀態(tài)下，只要測得Q流量和活塞形心水深，由給定的管嘴直徑d和活塞直徑D，代入上式，便可驗證動量方程，并率定射流的動量修正系數(shù)值。其中，測壓管的標(biāo)尺零點已固定在活塞的園心處，因此液面標(biāo)尺讀數(shù)，即為作用在活塞園心處的水深。三、實驗方法與步驟1準(zhǔn)備：熟悉實驗裝置各部分名稱、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

3、定好。4. 測讀水位：標(biāo)尺的零點已固定在活塞園心的高程上。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h值。C5 .測量流量：用體積法或重量法測流量時，每次時間要求大于20秒，若用電測儀測流量時，則須在儀器量程范圍內(nèi)。均需重復(fù)測三次再取均值。6 .改變水頭重復(fù)實驗：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35步驟重復(fù)進行實驗。7.驗證2工0對F的影響：取下平板活塞，使水流沖擊到活塞套內(nèi)，調(diào)整好位置,2Xx使反射水流的回射角度一致，記錄回射角度的目估值、測壓管作用水深和管嘴作用水頭H。0四、實驗分析與討論1、實測卩與公認(rèn)值（卩=1.02

4、1.05）符合與否？如不符合，試分析原因。參考答案：實測卩=1.035與公認(rèn)值符合良好。（如不符合，其最大可能原因之一是翼輪不轉(zhuǎn)所致。為排除此故障，可用4B鉛筆芯涂抹活塞及活塞套表面。）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方向的動量力有無影響？為什么？參考答案：無影響。因帶翼片的平板垂直于x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

5、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x方向的流速分量。所以x方向的動量方程與平板上設(shè)不設(shè)翼片無關(guān)。3、通過細(xì)導(dǎo)水管的分流，其出流角度與相同，試問對以上受力分析有無影響？參考答案：無影響。當(dāng)計及該分流影響時，動量方程為該式表明只要出流角度與垂直，則x方向的動量方程與設(shè)置導(dǎo)水管與否無關(guān)。4、滑動摩擦力人為什么可以忽略不記？試用實驗來分析驗證的大小，記錄觀察結(jié)果。(提示：平衡時，向測壓管內(nèi)加入或取出1mm左右深的水，觀察活塞及液位的變化)參考答案：因滑動摩擦力5,故可忽略而不計.如第三次實驗，此時=19

6、.6cm,當(dāng)向測壓管內(nèi)注入1mm左右深的水時，活塞所受的靜壓力增大，約為射流沖擊力的5。假如活動摩擦力大于此值，則活塞不會作軸向移動，亦即變?yōu)?.7cm左右，并保持不變，然而實際上，此時活塞很敏感地作左右移動，自動調(diào)整測壓管水位直至仍恢復(fù)到19.6cm為止。這表明活塞和活塞套之間的軸向動摩擦力幾乎為零，故可不予考慮。5、若不為零，會對實驗結(jié)果帶來什么影響？試結(jié)合實驗步驟7的結(jié)果予以說明。參考答案：按實驗步驟7取下帶翼輪的活塞，使射流直接沖擊到活塞套內(nèi)，便可呈現(xiàn)出回流與x方向的夾角大于90(其不為零)的水力現(xiàn)象。本實驗測得135,作用于活塞套圓心處的水深，管嘴作用水頭。而相應(yīng)水流條件下，在取下帶翼輪的活塞前，。表明