2005 向文英编写 实验三 不可压缩流体恒定流动动量方程与 孔口、管嘴出流实验 知识点： 不可压缩流体恒定流的动量方程；射流；孔口出流；管嘴出流；测压管。 一、实验目的与意义 1、验证不可压缩流体恒定流的动量方程； 2、了解射流与孔口出流的特点，掌握管嘴出流的水力现象； 3、灵活应用静力学的基本知识，由测压管推求压力。 二、实验要求与测试内容 1、熟练进行测压管的压力测量，准确读取测压管水位； 2、测定孔口、管嘴作用水头，验证孔口与管嘴出流的流量系数； 3、观察理解射流与孔口出流的水力现象； 4、测定平板的冲击力； 5、测定不可压缩流体恒定流的射流冲击力。 三、实验原理 1、测压管的压力测量： hpp γ+= 0 2、不可压缩流体恒定流动能量方程： w h g p z g p z +++=++ 22 2 222 2 2 1 1 1 1 υα γ υα γ 3、管嘴出流流量： 82.0 2 2 == = c c ghA Q ghAQ μ μ 孔口出流流量： 62.0 2 = = μ μ ghAQ 4、不可压缩流体恒定流动动量方程： )( 2122 υβυβρ KG K ?= QF 2005 向文英编写 忽略滑动摩擦阻力，则： )0( 4 11 2 xccx Q D hApF υβρ π γ ?=== 式中：D ——活塞直径； hc——活塞形心水深； h——孔口出流的作用水头； Q——管嘴出流量，即射流流量； x1 υ ——管嘴出流速，即射流流速； β ——为动量修正系数； x F ——射流对活塞冲击力； ρ ——液体密度。 实验中，在平衡状态下，只要测得流量 Q 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，并率定射流的动量修正系数 β 值。其中，测压 管的标尺零点已固定在活塞的圆心处，因此液面标尺读数，即为作用在活塞圆心处的水深。 四、实验仪器与元件 实验仪器：自循环供水系统、带活塞的测压管 仪器元件：放水阀、测压管 流体介质：水 实验装置如图： 管嘴 带活塞测压管 水阀 循环水泵 水箱 抗冲平板 水位调节阀 2005 向文英编写 五、实验方法与步骤 实验方法与操作步骤如下： 1、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。管嘴内径 d=1.198 cm， 活塞直径 D=1.990cm； 2、启动供水系统，打开调速器开关，水泵启动 2～3 分钟后，关闭 2～ 3 秒钟，以利用回 水排除离心式水泵内滞留的空气； 3、调整测压管位置。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。测该水位、流量， 并改变作用水头并重复实验。 4、测读水位。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 hc 值。 5、测量流量。利用体积时间法，在上回水管的出口处测量射流的流量，流量时间要求在 15～ 20 秒以上，可用塑料桶等容器，通过活动漏斗接水，再用量筒测量其体积( 亦可用重量 法测量) 。 6、改变水头重复实验。逐次打开不同高度上的溢水孔盖，改变管嘴的作用水头。调节调 速器，使溢流量适中，待水头稳定后，按 3—5 步骤重复进行实验。 7、验证 v2=0 对 Fx 的影响。取下平板活塞，使水流冲击到活塞套内，调整好位置，使 反射水流的回射角度一致，记录回射角度的目估值、测压管作用水深 hc 和管嘴作用水头 H0。 六、实验成果 表 1 动量力（射流冲击力）测量成果表 测 次 体积 V (m 3 ) 时间 T (s) 管嘴 作用 水头 H 0 （m ） 活塞 作用 水头 h c （m ） 流量 Q （m 3 /s） 流速 υ （m/s ） 动量力 F （kN ） 动量 修正 系数 β 备注 1 2 3 4 5 2005 向文英编写 6 表 2 管嘴出流流量系数测量成果表 测 次 体积 V (cm 3 ) 时间 T (s) 实际流量 Q （cm 3 /s） 管嘴作 用水头 H 0 （㎝） 理论流量 Q （cm 3 /s） 流量系数 μ 备注 1 2 3 4 5 6 七、实验分析与讨论 1、动量修正系数是否等于 1，为什么？ 2、测压管液面与管嘴作用水头的关系如何？ 3、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？ 4、滑动摩擦力为什么可以忽略不及？试用实验验证，记录实验结果。 5、分析孔口出流与管嘴出流流量系数的影响因素。