1、 不可压缩流体恒定流动量定律实验 一、实验目的 验证不可压缩流体恒定流的动量方程； 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； 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、实验原理 恒定总流动量方程为 )(12vvQF 取脱离体，因滑动摩擦阻力水平分力 fx0.5%Fx ，可忽略不计，故 x 方向的动量方程式 为： Fx=-PCA= = 24h-Dc ）（ xvQ1-0 即 2c1Qvx 式中: hc活塞形心处的水深，m ； D活塞的直径，m ； Q射流流量， ； 射流的速度, ；s 3 xv1s 动
2、量修正系数。1 实验中，在平衡状态下，只要测得流量 Q 和活塞形心淹深 hc，由给定的管嘴直径 d 和活 塞直径 D，代入上式，便可获得射流的动量修正系数 值，并验证动量定律。其中，测1 压管的标尺零点在活塞的圆心处。因此液面标尺读数，即为作用在活塞圆心处的形心淹 深 。ch 三、实验装置 动量定律实验装置图 1.自循环供水器 2. 实验台 3.可控硅无级调速器 4. 水位调节阀 5. 恒压水箱 6. 管嘴 7.集水箱 8. 带活塞的测压管 9.带活塞和翼片的抗冲平板 10. 上回水管 四、实验方法与步骤 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。 开启水泵：打开调速器开
3、关，水泵启动分钟后，关闭秒钟，以利用回 水排除离心式水泵内滞留的空气。 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。 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 h值。 测量流量：利用体积时间法，在上回水管的出口处测量射流的流量，每次时间 在 20 秒左右。 改变水头重复实验，逐次打开不同速度上的溢水孔盖，改变管嘴的作用水头。 调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后，按步骤重复进行实验。 五、实验结果处理及分析 （1）记录常数 管嘴内径 d=
4、1.200cm，活塞直径 D=2.000cm。 （2）设计实验参数记录，计算并填入实测数据。 的平均值为 0.3427 。 六、问题讨论 1、实测 与公认值 (=1.02 1.05)符合与否？如不符合，试分析原因。 实测 与公认值不符合，其最大可能原因之一是翼轮不转所致。为排除此故障，可用 4B 铅笔芯涂抹活塞及活塞套表面。 2、带翼片的平板在射流作用下获得力矩，这对分析射流冲击无翼片的平板沿 x 方向的动 量力有无影响？为什么？ 无影响。因带翼片的平板垂直于 x 轴，作用在轴心上的力矩 T，是由射流冲击平板是，沿 yz 平面通过翼片造成动量矩的差所致。即 式中 Q射流的流量； 序 号 体积
5、V(cm3) 时间 T(s) 管嘴作用水 头 H0(m) 活塞作用 水头 hc(m) 流量 Q（cm3/s） 流速 （m/v s） 动量力 F（N ） 动量修 正系数 1 1506.67 5.71 0.3520 0.1878 263.86 2.33 -0.03 0.3381 2 1733.33 7.82 0.2754 0.1380 221.75 1.96 -0.01 0.3518 3 1450.00 6.90 0.2560 0.1190 210.04 1.86 -0.13 0.3381 入流速度在 yz 平面上的分速； 出流速度在 yz 平面上的分速； 入流速度与圆周切线方向的夹角，接近 90
6、； 出流速度与圆周切线方向的夹角； 分别为内、外圆半径。 该式表明力矩 T 恒与 x 方向垂直，动量矩仅与 yz 平面上的流速分量有关。也就是说平板 上附加翼片后，尽管在射流作用下可获得力矩，但并不会产生 x 方向的附加力，也不会 影响 x 方向的流速分量。所以 x 方向的动量方程与平板上设不设翼片无关。 3、通过细导水管的分流，其出流角度与 相同，试问对以上受力分析有无影响？ 无影响。当计及该分流影响时，动量方程为 即 该式表明只要出流角度与 垂直，则 x 方向的动量方程与设置导水管与否无关。 4、滑动摩擦力 为什么可以忽略不记？试用实验来分析验证 的大小，记录观察结 果。(提示：平衡时，向测压管内加入或取出 1mm 左右深的水，观察活塞及液位的变化 ) 因滑动摩擦力 5,故可忽略而不计. 如第三次实验，此时 =11.90cm，当向测压管内注入 1mm 左右深的水时，活塞所受的 静压力增大，约为射流冲击力的 5。假如活动摩擦力大于此值，则活塞不会作轴向移动， 亦即 达不到 11.90 时就会保持不变，然而实际上，此时活塞很敏感地作左右移动，自 动调整测压管水位直至 仍恢复到 11.90cm 为止。这表明活塞和活塞套之间的轴向动 摩擦力几乎为零，故可不予考虑。
