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實(shí)驗(yàn)3動量方程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?.了解活塞式動量方程實(shí)驗(yàn)儀的構(gòu)造,原理及使用方法。2.測定射流的動量修正系數(shù)。實(shí)驗(yàn)原理恒定總流的動量方程為(4-1)圖4-1是水流沖擊帶活賽和翼片的抗沖平板的情況。忽略摩擦阻力的水平分力,則方向的動量方程可寫成(4-2)整理上式得(4-3)圖4-1式中,為作用在該脫離體上所有外力在方向的投影和;為作用在活塞形心處的水深;為活塞的直徑;為射流流量;為方向的射流速度;為動量修正系數(shù),表示單位時(shí)間內(nèi)通過斷面的實(shí)際動量與單位時(shí)間內(nèi)相應(yīng)斷面平均流速通過的動量的比值。實(shí)驗(yàn)中,只要測量出和活塞形心處的水深,由給定的管嘴直徑和活塞直徑代入上式,便可求出射流的動量修正系數(shù)值。實(shí)驗(yàn)裝置和量測儀器實(shí)驗(yàn)裝置如圖4-2所示。該實(shí)驗(yàn)裝置由自循環(huán)供水箱、恒壓水箱、管嘴、帶活塞和翼片的抗沖平板、測壓管、水位調(diào)節(jié)閥、可控硅無級調(diào)速器、回水管等組成。測量儀器為量筒、秒表、有機(jī)玻璃標(biāo)尺。其中測量測壓管水頭的有機(jī)玻璃標(biāo)尺的零點(diǎn)已固定在活塞的圓心處,因此,只要測出液面標(biāo)尺讀數(shù),即為作用在活塞形心處的水深。圖4-3是帶活塞和翼片的抗沖平板的活塞退出活塞套的示意圖。由圖中可以看出,活塞中心設(shè)有一細(xì)導(dǎo)水管,進(jìn)口段位于平板中心,出口方向與軸向垂直。在平板上設(shè)有翼片,活塞套上設(shè)有窄槽。當(dāng)水流從管嘴射出時(shí),在射流沖擊力作用下,水流經(jīng)導(dǎo)水管向測壓管內(nèi)加水。為了自動調(diào)節(jié)測壓管內(nèi)的水位,以使活塞的平板受力平衡并減小摩擦阻力對活塞的影響,本實(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)。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,窄槽關(guān)小,水流外溢減小,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,水流外溢增多,測管內(nèi)水位降低,水壓力減小。在恒定射流沖擊下,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,窄槽部分開起的位置上,由導(dǎo)水管流進(jìn)測壓管的水量和由窄槽外溢的水量相等。由于平板上設(shè)有翼片,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。圖4-2動量方程實(shí)驗(yàn)裝置圖4-3動量方程實(shí)驗(yàn)的方法步驟1.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,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)十子中心,使活塞轉(zhuǎn)動松快,然后旋轉(zhuǎn)螺絲固定好。4.測讀活塞形心處的水深。活塞形心處的零點(diǎn)已固定在與活塞圓心相連的標(biāo)尺上,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)即為值。5.測量流量。在上回水管的出口處測量射流的流量。測量流量時(shí)可用量筒和秒表,通過活動漏斗接水,求其體積,用體積除以時(shí)間即為流量。也可用重量法或其它電測方法測量流量。6.改變水頭重復(fù)實(shí)驗(yàn)。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)桿改變管嘴的作用水頭,待水頭穩(wěn)定后,按第4至第5步驟重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。7.實(shí)驗(yàn)完后將儀器恢復(fù)原狀。數(shù)據(jù)處理與成果分析已知數(shù)據(jù):管嘴內(nèi)徑d=1.190cm;活塞直徑D=1.990cm;管嘴面積a=1.140cm2;活塞面積A=3.157cm2。1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算成果測次流量Qcm3/s活塞作用水頭hccm管嘴作用水頭H0cm流速vm/s動量修正系數(shù)1250.518.2302.201.0232192.910.8001.691.024測次體積時(shí)間管嘴作用水頭H0cm活塞作用水頭hccm流量Qcm3/s流速vm/s動量修正系數(shù)14.22717.024.73324.52.成果分析(1)動量修正系數(shù)對于紊流來說,在一般的漸變流動中,在層流中,。實(shí)驗(yàn)是否在這個(gè)范圍內(nèi),如不附合,試分析原因。答:實(shí)測為1.023和1.024,符合預(yù)期值。(2)水流沖擊帶有翼片的抗沖平板時(shí),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。因帶翼片的平板垂直于x軸,作用在軸心上的力矩T是有射流沖擊平板產(chǎn)生的,但不會產(chǎn)生x方向的附加力,也不會產(chǎn)生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)。實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意事項(xiàng)1.當(dāng)水流沖擊活塞時(shí),如果活塞不轉(zhuǎn)動,用小棍將活塞撥動一下,即可轉(zhuǎn)動。2.實(shí)驗(yàn)時(shí)水箱的
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