动量定律-中国石油大学(华东)流体力学实验报告.doc
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1、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
2、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
3、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
4、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,
5、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1509420.2628.2018.50251.4314220.473057357242.221.0326222444720.3321.6014.00218.7408191.807584343318.431.0324693396920.9816.0010.50189.1802165.886727532488.831.0352543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
6、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23分钟后,关闭23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
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