動量方程實驗報告

實驗3動量方程實驗實驗目的要求1.了解活塞式動量方程實驗儀的構(gòu)造，原理及使用方法。2.測定射流的動量修正系數(shù)。實驗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)，表示單位時間內(nèi)通過斷面的實際動量與單位時間內(nèi)相應斷面平均流速通過的動量的比值。實驗中，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。實驗裝置和量測儀器實驗裝置如圖4-2所示。該實驗裝置由自循環(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、有機玻璃標尺。其中測量測壓管水頭的有機玻璃標尺的零點已固定在活塞的圓心處，因此，只要測出液面標尺讀數(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，活塞中心設有一細導水管，進口段位于平板中心，出口方向與軸向垂直。在平板上設有翼片，活塞套上設有窄槽。當水流從管嘴射出時，在射流沖擊力作用下，水流經(jīng)導水管向測壓管內(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，本實驗裝置應用了自動控制的反饋原理和動摩擦減阻技術。當射流沖擊力大于測壓管內(nèi)水柱對活塞的壓力時，活塞內(nèi)移，窄槽關小，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)短時段的自動調(diào)整，即可達到射流沖擊力和水壓力的平衡狀態(tài)。這時活塞處在半進半出，窄槽部分開起的位置上，由導水管流進測壓管的水量和由窄槽外溢的水量相等。由于平板上設有翼片，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的靜摩擦力。圖4-2動量方程實驗裝置圖4-3動量方程實驗的方法步驟1.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?；钊涡奶幍牧泓c已固定在與活塞圓心相連的標尺上，當測壓管內(nèi)液面穩(wěn)定后，記下測壓管內(nèi)液面的標尺讀數(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.改變水頭重復實驗。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步驟重復進行實驗。7.實驗完后將儀器恢復原狀。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.實驗數(shù)據(jù)記錄及計算成果測次流量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，。實驗是否在這個范圍內(nèi)，如不附合，試分析原因。答：實測為1.023和1.024，符合預期值。（2）水流沖擊帶有翼片的抗沖平板時，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不設翼片無關。實驗中應注意事項1.當水流沖擊活塞時，如果活塞不轉(zhuǎn)動，用小棍將活塞撥動一下，即可轉(zhuǎn)動。2.實驗時水箱的