不可压缩流体恒定流动量定律实验
4页1、不可压缩流体恒定流动量定律实验一、实验目的1. 验证不可压缩流体恒定流的动量方程;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、实验原理恒定总流动量方程为取脱离体,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_ 冗-4D 2 PQ(0邛 v )兀p PQv -_yh D2 = 0即xc式中:hc活塞形心处的水深,m;D活塞的直径,m;m 3 /Q射流流量,s ;v1 x 射流的速度,P1 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P1值,并验证动量定律。其中,测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h C。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
2、冲平板10.上回水管四、实验方法与步骤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he值。5 .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。6.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3-5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=1.200cm,活塞直径D=2.000cm。序号体积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)v流速(m/s)动量力F (N)动量修正系数B11506.675.710.35200.1878263.862
3、.33-0.030.338121733.337.820.27540.1380221.751.96-0.010.351831450.006.900.25600.1190210.041.86-0.130.3381(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P与公认值(8=1.021.05)符合与否?如不符合,试分析原因。实测8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;5 入流速度在yz平面上的分速;E 出流速度在yz平面上的分速;任1 入流速度与圆周切线方向的夹角,接近90;% 出流速度与圆周切线方向的夹角;驰分别为内、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,其出流角度与为相同,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1垂直,则x方向的动量方程与设置导水管与否无关。4、滑动摩擦为什么可以忽略不记?试用实验来分析验减的大小,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,此时幻=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,亦即知 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乩仍恢复到 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。
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