(-)不可壓縮流體恒定流動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?/p>

1.驗(yàn)證不可壓縮流體恒定流的動(dòng)量方程；

2.通過(guò)對(duì)動(dòng)量與流速、流量、出射角度、動(dòng)量矩等因素間相關(guān)性的分析研討，進(jìn)一

步掌握流體動(dòng)力學(xué)的動(dòng)量守恒定理；

3.了解活塞式動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)儀原理、構(gòu)造，進(jìn)一步啟發(fā)與培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的能力。

二、實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖一所示。

1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)3.可控硅無(wú)級(jí)調(diào)速器4.水位調(diào)節(jié)閥

5.恒壓水箱6.管嘴7.集水箱8.帶活塞的測(cè)壓管

9.帶活塞和翼片的抗沖平板10.上回水管

自循環(huán)供水裝置1由離心式水泵和蓄水箱組合而成。水泵的開(kāi)啟、流量大小的調(diào)節(jié)均

由調(diào)速器3控制。水流經(jīng)供水管供給恒壓水箱5,溢流水經(jīng)回水管流回蓄水箱。流經(jīng)管嘴6

的水流形成射法，沖擊帶活塞和翼片的抗沖平板9,并以與入射角成90°的方向離開(kāi)抗沖平

板?？箾_平板在射流沖力和測(cè)壓管8中的水壓力作用下處于平衡狀態(tài)。活塞形心水深兒可

由測(cè)壓管8測(cè)得，由此可求得射注的沖力，即動(dòng)量力艮沖擊后的棄水經(jīng)集水箱7匯集后，

再經(jīng)上回水管10流出，及后經(jīng)漏斗和下回水流回蓄水箱。

為了自動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)壓管內(nèi)的水位，以使帶活塞的平板受力平衡并減小摩擦阻力對(duì)活塞的

影響，本實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用了自動(dòng)控制的反饋原理和動(dòng)摩擦減阻技術(shù)，其構(gòu)造如下：

帶活塞和翼片的抗沖平板9和帶活塞套的測(cè)壓管8如圖二所示，該圖是活塞退出活塞

套時(shí)的分部件示意圖。活塞中心沒(méi)有一細(xì)導(dǎo)水管a,進(jìn)口端位于平板中心，出口端伸出活塞

頭部，出口方向與軸向垂直。在平板上沒(méi)有翼片b,活塞套上設(shè)有窄槽c。

圖二圖三

工作時(shí)，在射流沖擊力作用下，水流經(jīng)導(dǎo)水管a向測(cè)壓管內(nèi)加水.當(dāng)射流沖擊力大于測(cè)

壓管內(nèi)水柱對(duì)活塞的壓力時(shí)，活塞內(nèi)移，窄槽c關(guān)小，水流外溢減少，使測(cè)壓管內(nèi)水位升高，

水壓力增大。反之，活塞外移，窄槽開(kāi)大，水流外溢增多，測(cè)管內(nèi)水位降低，水壓力減小。

在恒定射流沖擊下，經(jīng)短時(shí)段的自動(dòng)調(diào)整，即可達(dá)到射沈沖擊力和水壓力的平衡狀態(tài)。這時(shí)

活塞處在半進(jìn)半出、窄槽部分開(kāi)啟的位置上，過(guò)a流進(jìn)測(cè)壓管的水量和過(guò)c外溢的水量柜等。

由于平板上沒(méi)有翼片b,在水流沖擊下，平板帶動(dòng)活塞旋轉(zhuǎn)，因而克服了活塞在沿軸向滑移

時(shí)的靜摩擦力。

為驗(yàn)證本裝置的靈敏度，只要在實(shí)驗(yàn)中的恒定流受力平衡狀態(tài)下，人為地增減測(cè)壓管

中的液位高度，可發(fā)現(xiàn)即使改變量不足液柱高度的±5%。（約0.5?1mm）,活塞在旋轉(zhuǎn)下亦

能有效地克服動(dòng)摩擦力而作軸向位移，開(kāi)大或減小窄槽c,使過(guò)高的水位降低或過(guò)低的水位

提高，恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。這表明裝置的靈敏度高達(dá)0.5%,亦即活塞軸向動(dòng)摩擦力不

足總動(dòng)量力的5%o。

三、實(shí)驗(yàn)原理

恒定總流動(dòng)量方程為

F=pQ^2D2-fiiDl)

取脫離體如圖三所示，因滑動(dòng)摩擦阻力水平分力人<0.5%自，可忽略不計(jì)，故x方向的

動(dòng)量方程化為

K=_p<A=^D2=3（0-

即p.pQv^-^D2=0

式中：he——作用在活塞形心處的水深；

D——活塞的直徑；

Q-----射流流量；

1&——射流的速度；

3i——?jiǎng)恿啃拚禂?shù)。

實(shí)驗(yàn)中，在平衡狀態(tài)下，只要測(cè)得流量Q和活塞形心水空h,由給定的管嘴直徑d和活

塞直徑D,代入上式，便可驗(yàn)證動(dòng)量方程，并率定射流的動(dòng)量修正系數(shù)M值。其中，測(cè)壓

管的標(biāo)尺零點(diǎn)已固定在活塞的園心處，因此液面標(biāo)尺讀數(shù)，即為作用在活塞園心處的水深。

四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟

1.準(zhǔn)備熟悉實(shí)驗(yàn)裝置各部分名稱、結(jié)構(gòu)特征、作用性能，記錄有關(guān)常數(shù)。

2.開(kāi)啟水泵打開(kāi)調(diào)速器開(kāi)關(guān)，水泵啟動(dòng)2?3分鐘后，關(guān)閉2?3分鐘，以利用回

水排除離心式水泵內(nèi)滯留的空氣。

3.調(diào)整測(cè)壓管位置待恒壓水箱滿頂溢流后，松開(kāi)測(cè)壓管固定螺絲，調(diào)整方位，要

求測(cè)壓管內(nèi)液面的標(biāo)尺讀數(shù)，即上值。

5.測(cè)量流值利用體積時(shí)間法，在上回水管的出口處測(cè)量射流的流量，流量時(shí)間要

求在15?20秒以上。可用塑料桶等容器，通過(guò)活動(dòng)漏斗接水，再用量簡(jiǎn)測(cè)量其體積（亦可

用重量法測(cè)量）。

6.改變水頭重復(fù)實(shí)驗(yàn)逐次打開(kāi)不同高度上的溢水孔蓋，改變管嘴的作用水頭。調(diào)

節(jié)調(diào)速器，使溢流量適中，待水頭穩(wěn)定后，按3—5步驟重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

7.驗(yàn)證％對(duì)F’的影響取下平板活塞，使水流沖擊致電活塞套內(nèi)，調(diào)整好位

置，使反射水流的回射角一致，記錄【可射角度的目估值、測(cè)壓管作用水深和管嘴作用水

頭Ho。

五、實(shí)驗(yàn)成果及要求

1.記錄有關(guān)常數(shù)。實(shí)驗(yàn)諛置臺(tái)號(hào)N。

管嘴內(nèi)徑上cm,活塞直徑D=cm。

2.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)記錄、計(jì)算表，并填入實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

3.取某一流量，繪出脫離體圖，闡明分析計(jì)算的過(guò)程。

六、實(shí)驗(yàn)分析與討論

1.實(shí)測(cè)/（平均動(dòng)量修正系數(shù)）與公認(rèn)值（8=1.02?1.05）符合與否？如不符合，試

分析原因。

2.帶翼片的平板射流作用下獲得力矩，這對(duì)分析射流沖擊無(wú)翼片的平板沿x方向的動(dòng)

量方程有無(wú)影響？為什么？

3.若通過(guò)細(xì)導(dǎo)水管的分流，其出流角度與匕相同，對(duì)以上受力分析