工程流体力学实验报告（3代学生样版）(9)

流冲击下带动活塞旋转，因而克服了活塞在沿轴向滑移时的静摩擦力，提高了测力机构的灵敏度。本装置还采用了双平板狭缝出流方式，精确地引导射流的出流方向垂直于来流方向，以确保v2x＝0。

3．基本操作方法

(1)测压管定位。待恒压水箱满顶溢流后，松开测压管固定螺丝，调整方位，要求测压管垂直、螺丝对准十字中心，使活塞转动松快。然后旋转螺丝固定好。

(2)恒压水箱水位调节。旋转水位调节阀4，可打开不同高度上的溢水孔盖，调节恒压水箱5水位，管嘴的作用水头改变。调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后，即可进行实验。

(3)活塞形心处水深hc测量。标尺的零点已固定在活塞园心的高程上。当测压管内液面稳定后，记下测压管内液面的标尺读数，即为作用在活塞形心处的水深hc值。

(4)管嘴作用水头测量。管嘴作用水头是指水箱液面至管嘴中心的垂直深度。在水箱的侧面上刻有管嘴中心线，用直尺测读水箱液面及中心线的值，其差值即为管嘴作用水头值。

(5)测量流量。记录智能化数显流量仪的流量值。 三、 实验原理

恒定总流动量方程为

F??qV(?2v2??v 1)1取控制体如图2(b)，因滑动摩擦阻力水平分力 Ff < 0.5%Fx，可忽略不计，故x方向的动量方程可化为

Fx??pcA???ghcπ2D??qV(0??1v1x) 4即 ?1?qVv1x?π?ghcD2?0 4式中：hc—— 作用在活塞形心处的水深；

D —— 活塞的直径；

qV—— 射流的流量；

v1x—— 射流的速度；

?1 —— 动量修正因数。

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实验中，在平衡状态下，只要测得流量qV和活塞形心水深hc，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，并测定射流的动量修正因数 ?1值。

四、 实验内容与方法

1．定性分析实验

(1)观察、分析本实验装置中测力机构的结构创新点。

测射流冲击力的方法很多，装置各不相同，相比之下，本装置的测力机构测量方法简便，精度最高。本装置曾获国家发明专利，主要创新点有：

1） 将射流冲击力转变为活塞所受的静水总压力，用测压管进行测量。 2） 用双平板狭缝方式精确导流，确保v2x＝0。

3） 采用动摩擦减阻减少活塞轴向位移的摩擦阻力。带翼片的平板在射流作用

下获得力矩，使活塞在旋转中作轴向位移，到达平衡位置。活塞采用石墨润滑。

4） 利用导水管a和窄槽c的自动反馈功能，自动调节受力平衡状态下的测压

管水位。

5） 利用大口径测压管内设置阻尼孔板的方法，减小测压管液位的振荡。 (2) 测定本实验装置的灵敏度。

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总液柱高度的 5‰（约0.5～1mm），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。这表明该装置的灵敏度高达0.5%（此量值越小，灵敏度越高），亦即活塞轴向动摩擦力不足总动量力的5‰。

(3) 验证v2x? 0对Fx 的影响。

取下平板活塞9，使水流冲击到活塞套内，便可呈现出回流与x方向的夹角

? >90?（即v2x ? 0）的水力现象[参图3(a)]。调整好位置，使反射水流的回射角度一致。以某动量实验台为例，某次实验测得作用于活塞套园心处的水深hc ?＝292mm，管嘴作用水头H0＝293.5 mm，而相应水流条件下，在取下带翼轮的活塞前，v2x＝0，hc＝196mm。表明v2x若不为零，对动量力影响甚大。因为v 2x不为零，

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则动量方程变为[参图3(b)]

测压管8y射流v2hc'v1xv2v1xpv2v2x

(a) (b)

图3 射流对活塞套的冲击与受力分析

π ??ghc 'D2??qV(?2v2x??1v1x)???qV[?1v1x??2v2cos(180???)]

4就是说hc ?随 v2 及 ? 递增。故实验中hc ?> hc。

2. 定量分析实验——恒定总流动量方程验证与射流动量修正因数测定实验 实验方法与步骤：参照基本操作方法，分别测量高、中、低三个恒定水位下的流量、活塞作用水头等有关实验参数，实验数据处理与分析参考第五部分内容。 五、数据处理及成果要求

1．记录有关信息及实验常数

实验设备名称： 实验台号：_________ 实 验 者：______________________ 实验日期：_________ 管嘴内径d= ?10-2m 活塞直径D= ?10-2m 2．实验数据记录及计算结果

表1 测量记录及计算表 测次 1 2 3 管嘴作用水头H0 /10-2m 活塞作用水头hc /10-2m 流量 流速 v / (10-2m/s) 动量力 F / 10-5N 动量修正因数 qV /(10-6m3/s) ? 3．成果要求

(1)回答定性分析实验中的有关问题。

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(2)测定管嘴射流的动量修正因数?。如表1所示。 (3)取某一流量，绘出控制体图，阐明分析计算的过程。 六、 分析思考题

1．实测?与公认值（?＝1.02～1.05）符合与否？如不符合，试分析原因。 2．带翼片的平板在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．如图2，通过细导水管a的分流，其出流角度为什么需使之垂直于v1x？ 七、 注意事项

若活塞转动不灵活，会影响实验精度，需在活塞与活塞套的接触面上涂抹4B铅笔芯。

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2-6 孔口出流与管嘴出流实验

一、 实验目的和要求 …… 此处隐藏：555字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……