武汉大学动量方程验证实验 (终极版)

武汉大学教学实验报告

学院：水利水电学院 专业：水利水电工程 2013年5月24日

实验名称 动量方程验证实验 指导老师 姓名

汪仕伟

年级

2011级

学号

2011301580206

成绩

一：预习部分

1：实验目的 2: 实验基本原理

3: 主要仪器设备（含必要的元器件，工具）

一、实验目的

1．测定管嘴喷射水流对平板或曲面板所施加的冲击力。

2．将测出的冲击力与用动量方程计算出的冲击力进行比较，加深对动量方程的理解。

二、实验原理

应用力矩平均原理如图一所示：求射流对平板和曲面板的冲击力。

力矩平衡方程：1GL FL =，L

GL

F 1=

式中：F —射流作用力；L —作用力力臂；

G —砝码重量；L 1—砝码力臂。

图1 力矩平衡原理示意图

恒定总流的动量方程为 ： )(1122

V V Q F ααρ'-'=∑ 若令112

='='αα，且只考虑其中水平方向作用力，则可求得射流对平板和曲面的作用力公式为： )cos 1(αρ-=QV F

式中：Q —管嘴的流量；V —管嘴流速；α—射流射向平板或曲面板后的偏转角度。

α=90°时，QV F ρ=平。F 平：水流对平板的冲击力。

α=135°时，平F QV QV F 707.1707.1)135cos 1(==-=ρρ 。 α=180°时，平F QV QV F 22)180cos 1(==-=ρρ 。

三、实验设备

实验设备及各部分名称见图二，实验中配有α=90°平面板和α=135°及α=180°的曲面板，另备大小量筒及秒表各一只。

二：实验操作部分

1：实验数据，表格及数据处理

2：实验操作过程（可用图表示） 3：结论

四、实验步骤

1．记录管嘴直径和作用力力臂。

2．安装平面板，调节平衡锤位置，使杠杆处于水平状态（杠杆支点上的气泡居中）。

3．启动抽水机，使水箱充水并保持溢流。此时水流从管嘴射出，冲击平板中心，标尺倾斜。加砝码并调节砝码位置，使杠杆处于水平状态，达到力矩平衡。记录砝码质量和力臂L 1。

4．用体积法测量流量Q 用以计算F 理。

5．将平面板更换为曲面板（α=135°及α=180°），测量水流对曲面板的冲击力并重新用体积法测量流量。

6．关闭抽水机，将水箱中水排空，砝码从杠杆上取下，结束实验。

图2 动量原理试验仪

`

五、注意事项

1．量测流量后，量筒内的水必须倒进接水器，以保证水箱循环水充足。 2．测流量时，计时与量筒接水一定要同步进行，以减小流量的量测误差。 3．测流量一般测两次取平均值，以消除误差。

六、实验成果及要求

1．有关常数

喷管直径d =0.98cm ， 作用力力臂L =8cm ， 实验装置台号2： 2．记录及计算（见表一）

表一：记录及计算表

测次

体积

cm 3 时间s

流量cm 3/s 平均流量

cm 3/s 流速cm/s 冲击

板角度 砝码

重量N ×10-5 力臂L 1 cm 实测冲

击力F

实N ×

10-5

理论计算冲击力F 理N ×10-5

°

1 755 6.63 113.88 113.25

178.01

90 49000 4.35 21315 20136

2 687 6.1 112.62

3 721 5.75 125.39 125.22

196.82

135

49000

8.16

39986

42059

4 774 6.19 125.04

5 71

6 5.84 122.6 120.39

189.2

4

180 49000 8.61 42187 45565

6

806

6.82

118.18

3．成果分析：将实测的水流对板的冲击力与由动量方程计算出的水流对板的冲击力

进行比较，计算出其相对误差，并分析产生误差的原因。

α=90°时，相对误差=%89.5%100*|20136

20136

-21315|

=

α=135°时，相对误差=%93.4%100*|42059

42059

39986|

=-

α=180°时，相对误差=%41.7%100*|45565

45565

42187|

=- 三： 实验效果分析（包括仪器设备等使用效果）

七、实验效果分析

从实验结果可看出，实验基本上可以验证动量方程，但是由于各种原因，实验也有一定的误差。

八、误差分析

1、水流出来时可能不是垂直地打到实验装置上，从而导致了误差；

2、测量装置平衡杆指点处有摩擦从而会产生误差；或者

3、测量流量是由于过水通道过长，而且中间有隔板，可能导致测量的流量与实验实时流量有一定的差异导致误差。

4、用量筒配合秒表测流量时可能会有谁溅出而导致流量有误差。

九、思考题

1．F 实与F 理有差异，除实验误差外还有什么原因？

答：可能是实验用标尺刻度、砝码的重量、重力加速度g 等与给定值相差较大。

2、实验中，平衡锤产生的力矩没有加以考虑，为什么？

答：平衡锤在打开开关之前本来就是使实验装置平衡的，即克服了实验用的挡

板和平衡杆的重力。故在计算过程中不用考虑平衡锤的重量。

教师评语

指导教师 年 月 日