《建筑环境与能源应用工程专业综合实验》 教案 7-11 724不可压缩流体恒定流动的动量方程实验

不可压缩流体恒定流动的动量方程实验

1.实验目的

（一）熟练应用连续性方程、能量方程和管嘴出流的流量公式。

（二）验证不可压缩流体恒定流动的动量方程。

2.实验原理

本实验中，流体通过一管嘴射出冲击墙面，因此流体射出后的速度可采用由能量方程推

出的管嘴出流的流量和流速公式计算：

-=⑴

不可压缩流体恒定流动动量方程：

F=pQ（P2u2-（3）

2

忽略滑动摩擦阻力，则错误!未找到引用源。（3）左边为：Fx=-pcA=-yhc^D

右边为：0。（0-4必、），则：

7k（＞=pQ仇外

(4)

I=—=-------

pQ^xpQ”(5)

式中

/----液体容重，Kg/m3：

D---活塞直径，cm：

he----活塞形心水深,cm；

Q一—管嘴出流量，即射流流量，mYs；

0\——动量修正系数；

4K——管嘴出流流速，即射流流速，m/s；

Fx——射流对活塞冲击力，N；

p---液体密度，Kg/m\

实验中，在平衡状态下，只要测得流量Q和活塞形心水深加，由给定的管嘴直径d和

活塞直径。，代入上式，便可验证动量方程，并确定射流的动量修正系数夕值。

3.实验系统及装置

动量方程实验仪由自循环供水器（循环水泵）、恒压水箱、溢流板、稳水孔板、水位调

节板、管嘴、带活塞和翼片的抗冲平板、测压管、可控硅无级调速器、接水盒、回水管等组

成，如图1所示。

图2为带活塞和翼片的抗冲平板的活塞退出活塞套时的示意图。由图中看出，活塞中心

设有一细小导水管a,进口端伸出活塞头部，出口方向与轴向垂直。在平板上设有翼片b,

活塞套上设有泄流槽孔c,后接测压管。当水从管嘴射出时，在射流冲击力的作用下，水流

经过导水管a向测压管内注水。当射流冲击力大于测压管内水柱对活塞的压力时:活塞内移,

槽孔c关小，水流外溢减少，使测压管内的水位上升，水压力增大；反之，活塞外移，槽孔

开大，水流外溢增多，测压管内的水位降低，水压力减少。在恒定射流冲击下，经短时间的

自动调整，即可达到射流冲击力和水压力的平衡状态。

J带活基测压管

循环水泵

图1动量方程试验仪

图2带活塞和翼片的抗冲平板

4.实验步骤及方法

①调整测压管位置。待恒定水箱溢流后，松开测压管固定螺丝，调整方位，要求测压管

垂直、螺丝对•准十字中心且十字中心水平线应与标尺零点重合，并使活塞转动轻快，然后拧

紧螺丝。

②测读水位。标尺的零点已固定在活塞圆心的高程上。当测压管内液面稳定后，记录测

压管内液面标尺读数即标值，以及恒定水箱液面读数

③测定流量。利用体枳时间法，在上回水管的出口处测量射流流量。测流时间要求尽可

能长。

④根据测试数据现场计算结果，要求为介于1.02~1.05间。

⑤改变作用水头重复实验。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，按上述步骤重复进行实验。

⑥实验完成后先关闭关闭电源，将仪器恢复到实验前状态。

5.实验数据记录与处理

①记录实验基本参数：管嘴内径让活塞直径

②实验数据记录与处理见表。

表1动量方程实验数据记录与处理表

序体枳时间t流量活塞作用管嘴作用射流流速动量力Fx动量修正管啡流量

号V水头he水头H0系数

Q系数夕N

1

2

3

4

5

6.实验数据分析

①动量修正系数是否等于1