流体力学动量定实验

动量定理实验

一、概述

动量定理指出：流体微团动量的变化率等于作用在该微团上所有外力的矢量和。即某控制体内的动量在时间dt内的增量等于作用在控制体上所有外力在dt时间内的总冲量。

水射流冲击平板和内半球是用来验证动量定理的一个很好实例，本实验仪则采用水射流冲击平板通过称重系统测出冲击力。

二、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．测定动量修正系数，以实验分析射流出射角度与动量力的相关性

3．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。

三、设备性能与主要技术参数

1、该实验装置主要由：流量计、水泵、实验水箱、管嘴、蓄水箱和平衡秤等组成。

2、流量计采用LZS-15（60-600）L/h。

3、水泵为增压泵，最高扬程：10m，最大流量：10L/min，转速2800r/min，输入功率90W。

4、量器为平衡杆秤，上面刻度每小各格为2mm,称上平衡游码为150g。

5、实验水箱由有机玻璃制成，顶部装有称重装置，内部则有实验平板与管嘴，其中管嘴距平板距离为40mm，管嘴的内径为9mm。

6、蓄水箱由PVC板焊制而成。容积：35L。

四、实验原理

1、本实验装置给出计量杠杆为平衡杆称。

2、计算每个状态下的体积流量和质量流量

体积流量QV通过转子流量计直接得出读数，质量流量QM＝ρW·QV其中水的密度ρW可根据水温查得。

3、计算每个状态下水射流冲击模型的当地速度u。

由公式u0=Qv/A0 (m/s)计算管嘴出口处的水流速度，其中A0为喷嘴出口截面积（m2）。在地心引力的作用下，水射流离开喷嘴后要减速，当水流射到模板上时，当地

速度u 应根据垂直向上抛运动的公式进行修正，即：u=√u20-2gs,式中s 为从喷嘴出口到模板实际接触距离。

五、实验流程图

自循环供水装置由增压水泵和蓄水箱组合而成。水泵的开启、流量大小的调节均由阀门控制。水流经供水管供给实验水箱，溢流水经回水管流回蓄水箱。流经管嘴的水流形成射流，冲击实验平板，抗冲平板在射流冲力处于平衡状态。即水流动量力F 。冲击后的弃水经集水箱汇集后，再经上回水管流出，最后经回水管流回蓄水箱。

六、 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、记录管嘴直径、实验模板直径和作用力力臂。

3、安装平面板，调节平衡锤位置，使杠杆处于水平状态

4、接通电源启动泵，打开泵出口阀，使水从管嘴内射向平板，导致计量杆的不平衡。记录下流量计的读数以及电子秤的读数。

6、重复步骤4，逐档调大进水流量，至少应调节5次这样就可以得到5个实验点。

7、测量实验水温并记录下来，通过水温查得实验时水的密度，便于计算质量流量。

8、关闭水泵，将水箱中水排空，关闭电源，结束实验。

七、实验分析与讨论

1.记录有关常数。

管嘴内径d= cm，实验板直径D= cm，喷嘴出口距实验板距离s= cm。

2．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。

4. F实与F理有差异，除实验误差外还有什么原因？