水力学实验报告(动量方程验证实验)

恒定总流的动量方程为：
∑ ������ = ρQ（α′2���⃗⃗���⃗2 − α′1���⃗⃗���⃗1 ）
若令α′2 = α′1 = 1，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：
三、 实验步骤，以及有关的计算公式 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 L1。 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（ =135°及 =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。 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。
四、 实测的数据（表）
1. 有关常数
喷管直径 d=0.92cm，作用力力臂 L=8cm。
2. 实验中，平衡锤产生的力矩没有加以考虑，为什么？ 答：平衡锤在冲击开始前将杠杆平衡，用以平衡更换面板产生的作用力差异，在实验过 程中，可以视为是杠杆的一部分，不影响计算结果。
教
师
评
指导教师
年
月
日
语
学院：水利水电学院
专业：水利水电工程
2014 年 6 月 2 日
实验名称
动量方程验证实验
指导教师
赵昕
年级
2012
学号
2012301580228
成绩
姓名
王頔
一、 实验的目的 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。
五、 计算结果
测次
1 2
体积 cm3
815 850
时间 s
5.75 5.94
流量 cm3/s
平均流 量
cm3/s
流速 cm/s
141.74 142.42 214.24
143.10
冲击 板角 度α
90
砝码 重量 （N× 10-5）
力臂 L1 （cm）
实测冲击 力 F 实（N ×10-5）
理论计算 冲击力 F
2. 记录表格
测次
1 2 3 4 5 6
体积 cm3
815 850 680 615 570 710
时间 s
5.75 5.94 5.06 4.59 4.19 5.20
冲击板角度α 90 135 180
砝码重量 N×10-5 49000 49000 49000
力臂 L1 cm 5.00 9.75 10.40
平wk.baidu.com
α=180°时，F = ρQV(1 − cos 180°) = 2ρQV = 2F平。 实验设备包括如图所示的装置，并配有α=90°平面板和α=135°及α=180°曲面板，体积 法测流量所需的量筒及秒表。
力矩平衡方程：
FL = GL1
F
=
GL1 L
式中：F—射流作用力；L—作用力力臂；G—砝码重量；L1—砝码力臂。
理(N× 10-5)
49000 5.00 30625.00 30511.71
3 680 5.06 134.39 134.19 201.86 135 49000 9.75 59718.75 54067.45
4 615 4.59 133.99
5 570 4.19 136.04 136.42 205.22 180 49000 10.40 63700.00 55991.30
稳，对流量法测验产生影响。 此外，由于实验时间长，水轮机工作状况发生改变；修正系数误差忽略等问题均会产生较小 误差。 七、 回答实验指导书中有关问题 1. F 实与 F 理有差异，除实验误差外还有什么原因？
答：理论误差（系统误差）。 实验数据处理时的参数，修正系数等忽略因素都是造成二者差异的非实验因素。
6 710 5.20 136.54
六、 对实验结果的分析与结论 实验测得α = 90°时，F 实=30625.00 N×10-5，F 理=30511.71 N×10-5，误差为 0.37% 实验测得α = 135°时，F 实=59718.75 N×10-5，F 理=54067.45 N×10-5，误差为 10.45% 实验测得α = 180°时，F 实=63700.00 N×10-5，F 理=55991.30 N×10-5，误差为 13.76% 实验测得在α = 90°时，理论值与实际值吻合较好，但在α = 135°和α = 180°时，偏差比较 大。 下面就实验过程进行误差分析。测量中误差产生原因有很多，主要有以下几种： （1） 实验时，杠杆是否水平。 尝试将实验数据中的 10.4cm 改变 0.2cm，算得与原数据计算的误差差别为 2%，故 杠杆读数是一个主要影响因素。 在实验中，主要面临两大问题影响杠杆平衡 ① 冲击引起的平衡困难。在无水流冲击时，平衡杠杆比较简单，但是在水流冲击下， 杠杆的平衡很难把握，且由于杠杆的颤动，引起砝码摆动，更加大了平衡难度， 使得平衡时容易出现微小误差；当使用α = 180°的曲面板时，杠杆颤动非常严重， 几乎难以确定平衡状态。 ② 平衡时的砝码和平衡锤的移位。由于平衡锤和砝码公用同一轨道，在移动砝码时， 极易引起平衡锤的微微移动，经由杠杆作用误差放大；另一方面，由于杠杆的颤 动，在平衡锤固定不牢固的区域，会引起其移动。 （2） 体积法测流量产生的误差。 由于此法测量时，需要测量者丰富的经验和敏捷的反应力，对于初学者易产生较大误 差。另一方面，由于在α = 180°时，曲面板在水流冲击下不断摆动，引起水流的不平
二、 实验原理和装置 应用力矩平均原理如图所示：求射流对平板和曲面板的冲击力。
������ = ρQV(1 − cos ������)
式中：Q 为管嘴的流量；V 为管嘴流速；α为射流射向平板或曲面板后的偏转角度。 α=90°时，F平 = ρQV（F 平为水流对平板的冲击力）。 α=135°时，F = ρQV(1 − cos 135°) = 1.707ρQV = 1.707F 。