内科大水力学实验指导01有压管流综合型实验-2不可压缩流体恒定流动量定律实验.docx

（二）不可压缩流体恒定流动量定律实验一、实验目的要求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讨，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、实验装置本实验的装置如图一所示。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.上回水管自循环供水装置1由离心式水泵和蓄水箱组合而成。水泵的开启、流量大小的调节均 由调速器3控制。水流经供水管供给恒压水箱5,溢流水经回水管流回蓄水箱。流经管嘴6 的水流形成射法，冲击带活塞和翼片的抗冲平板9,并以与入射角成90°的方向离开抗冲平 板。抗冲平板在射流冲力和测压管8中的水压力作用下处于平衡状态。活塞形心水深hc可 由测压管8测得，由此可求得射法的冲力，即动量力F。冲击后的弃水经集水箱7汇集后， 再经上回水管10流出，最后经漏斗和下回水流回蓄水箱。为了自动调节测压管内的水位，以使带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，其构造如下：带活塞和翼片的抗冲平板9和带活塞套的测压管8如图二所示，该图是活塞退出活塞 套时的分部件示意图。活塞中心没有一细导水管a,进口端位于平板中心，出口端伸出活塞 头部，出口方向与轴向垂直。在平板上没有翼片b,活塞套上设有窄槽c。工作时，在射流冲击力作用下，水流经导水管a向测压管内加水。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C关小，水流外溢减少，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、窄槽部分开启的位置上,过a流进测压管的水量和过C外溢的水量相等。 由于平板上没有翼片b,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。为验证本装置的灵敏度，只要在实验中的恒定流受力平衡状态下，人为地增减测压管 中的液位高度，可发现即使改变量不足液柱高度的±5%。（约0.5lmm）,活塞在旋转下亦 能有效地克服动摩擦力而作轴向位移，开大或减小窄槽c,使过高的水位降低或过低的水位 提高，恢复到原来的平衡状态。这表明装置的灵敏度高达0.5%,亦即活塞轴向动摩擦力不 足总动量力的5%0o三、实验原理恒定总流动量方程为F = pQ（22- xx）取脱离体如图三所示，因滑动摩擦阻力水平分力人V 0.5%/,可忽略不计，故X方向的 动量方程化为% = -PcA = - D2= M（O - d外）即笈p%J">2=0式中： hc作用在活塞形心处的水深；D活塞的直径；Q射流流量；ux射流的速度；Pi动量修正系数。实验中，在平衡状态下，只要测得流量Q和活塞形心水空h,由给定的管嘴直径d和活 塞直径D,代入上式，便可验证动量方程，并率定射流的动量修正系数Bl值。其中，测压 管的标尺零点已固定在活塞的园心处，因此液面标尺读数，即为作用在活塞园心处的水深。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分钟，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，要求测压管内液面的标尺读数，即值。5 .测量流值 利用体积时间法，在上回水管的出口处测量射流的流量，流量时间要 求在1520秒以上。可用塑料桶等容器，通过活动漏斗接水，再用量筒测量其体积（亦可 用重量法测量）。6 .改变水头重更实验逐次打开不同高度上的溢水孔盖，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35步骤重复进行实验。7 .验证力 WO对FX的影响 取下平板活塞，使水流冲击致电活塞套内，调整好位 置，使反射水流的回射角一致，记录回射角度的目估值、测压管作用水深hj和管嘴作用水 头Ho o五、实验成果及要求1 .记录有关常数。实验装置台号NO管嘴内径d=cm,活塞直径D=cmo2 .设计实验参数记录、计算表，并填入实测数据。3 .取某一流量，绘出脱离体图，阐明分析计算的过程。六、实验分析与讨论1 .实测/ （平均动量修正系数）与公认值（B=LO2L05）符合与否？如不符合，试 分析原因。2 .带翼片的平板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 量方程有无影响？为什么？3 .若通过细导水管的分流，其出流角度与力相同，对以上受力分析有无影响？4 .滑动摩擦力人为什么可以忽略不计？试用实验来分析验证人的大小，记录观察结 果。（提示：平衡时，向测压管内加入或取出Imm左右深的水量，观察活塞及液位的变化）。5 . %若不为零，会对实验结果带来什么影响？试结合实验步骤7的结果予以说明。