动量方程实验报告

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1、实验3动量方程实验实验目的要求1.了解活塞式动量方程实验仪的构造，原理及使用方法。2.测定射流的动量修正系数。实验原理恒定总流的动量方程为（4-1）图4-1是水流冲击带活赛和翼片的抗冲平板的情况。忽略摩擦阻力的水平分力，则方向的动量方程可写成（4-2）整理上式得（4-3）图4-1式中，为作用在该脱离体上所有外力在方向的投影和；为作用在活塞形心处的水深；为活塞的直径；为射流流量；为方向的射流速度；为动量修正系数，表示单位时间内通过断面的实际动量与单位时间内相应断面平均流速通过的动量的比值。实验中，只要测量出和活塞形心

2、处的水深，由给定的管嘴直径和活塞直径代入上式，便可求出射流的动量修正系数值。实验装置和量测仪器实验装置如图4-2所示。该实验装置由自循环供水箱、恒压水箱、管嘴、带活塞和翼片的抗冲平板、测压管、水位调节阀、可控硅无级调速器、回水管等组成。测量仪器为量筒、秒表、有机玻璃标尺。其中测量测压管水头的有机玻璃标尺的零点已固定在活塞的圆心处，因此，只要测出液面标尺读数，即为作用在活塞形心处的水深。图4-3是带活塞和翼片的抗冲平板的活塞退出活塞套的示意图。由图中可以看出，活塞中心设有一细导水管，进口段位于平板中心，出口方向与轴向

3、垂直。在平板上设有翼片，活塞套上设有窄槽。当水流从管嘴射出时，在射流冲击力作用下，水流经导水管向测压管内加水。为了自动调节测压管内的水位，以使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。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，窄槽关小，水流外溢减小，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。这时活塞处在半进半出，窄槽

4、部分开起的位置上，由导水管流进测压管的水量和由窄槽外溢的水量相等。由于平板上设有翼片，在水流冲击下，平板带动活塞旋转，因而克服了活塞在沿轴向滑移时的静摩擦力。图4-2动量方程实验装置图4-3动量方程实验的方法步骤1.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，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，螺丝对准十子中心，使活塞转动松快，然后旋转螺丝固定好。4.测读活塞形心处的水深。活塞形心处的零点已固定在与活塞圆心相连的标尺上，当测压管内液面稳

5、定后，记下测压管内液面的标尺读数即为值。5.测量流量。在上回水管的出口处测量射流的流量。测量流量时可用量筒和秒表，通过活动漏斗接水，求其体积，用体积除以时间即为流量。也可用重量法或其它电测方法测量流量。6.改变水头重复实验。调节调节杆改变管嘴的作用水头，待水头稳定后，按第4至第5步骤重复进行实验。7.实验完后将仪器恢复原状。数据处理与成果分析已知数据：管嘴内径d=1.190cm；活塞直径D=1.990cm；管嘴面积a=1.140cm2；活塞面积A=3.157cm2。1.实验数据记录及计算成果测次流量Qcm3/s活塞

6、作用水头hccm管嘴作用水头H0cm流速vm/s动量修正系数1250.518.2302.201.0232192.910.8001.691.024测次体积时间管嘴作用水头H0cm活塞作用水头hccm流量Qcm3/s流速vm/s动量修正系数14.22717.024.73324.52.成果分析（1）动量修正系数对于紊流来说，在一般的渐变流动中，在层流中，。实验是否在这个范围内，如不附合，试分析原因。答：实测为1.023和1.024，符合预期值。（2）水流冲击带有翼片的抗冲平板时，带翼片的平板在射流作用下获得力矩，这对分析

7、射流冲击无翼片的平板沿x方向的动量方程有无影响？为什么？答：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是有射流冲击平板产生的，但不会产生x方向的附加力，也不会产生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。实验中应注意事项1.当水流冲击活塞时，如果活塞不转动，用小棍将活塞拨动一下，即可转动。2.实验时水箱的水一定要溢流，以保证恒定流。思考题1.为什么可以用测压管内液面的标尺读数代表活塞形心处的作用水头。答：1.同样水流条件下，水流冲击平面板与半球形环那种受到的冲力大？为什么？3.试述动

8、量方程应用的条件。