摘要:本次實驗是通過測量射流對平板的作用力方法驗證動量方程.
實驗原理:
1、射流對水箱的反作用力
以水箱水面ⅰ—ⅰ，出口斷面ⅱ—ⅱ及箱壁為控制面，對x 軸列動量方程：
式中： r x —水箱對水流的反作用；
—水的密度；
q—流量；
，—動量修正係數，取1；
—水箱水面的平均流速在x 軸的投影，取0；
—出口斷面的平均流速在x 軸的投影；
由對轉軸計算力矩m 求得rx
式中： l —出口中心至轉軸的距離；
d —出口直徑；
ν —出口流速。
移動平衡砝碼得到實測力矩m o：
式中：g —平衡砝碼重量；
—未出流時（靜態）平衡砝碼至轉軸的距離；
s —出流時（動態）砝碼至轉軸的距離
2、射流對平面的作用力
取噴嘴出口斷面ⅰ—ⅰ，射流表面，以及平板出流的截面ⅱ—ⅱ為控制面，對x 軸列動量方程：
由對轉軸計算力矩m 求得rx
式中： ——水流衝擊點至轉軸的距離
新增砝碼得到實測力矩
式中：g —砝碼重量；
l2 —砝碼作用點到轉軸的距離。
實驗儀器
實驗裝置如圖所示
1.實驗水箱 2.控制閥門3.高位水孔 4.低位水孔 5.砝碼 6.轉動軸承 7.擋板
8.固定插銷 9.水平儀10.噴嘴 11.水幫浦 12.水箱 13.擋水板 14.實驗台支架
實驗步驟
1、射流對水箱的反作用力
1）開進水閥門，將水箱充滿水，關小閥門，使之保持較小溢流；
2）拔出插銷，移動砝碼，使水平儀水平，記下此時（靜態）砝碼位置o s ；
3）插上插銷，將出口轉至高孔位置。調節閥門，使之仍保持較小溢流；
4）拔出插銷，移動砝碼，使水平儀水平，記下此時（動態）砝碼的位置s ；
5）用體積法測量流量，計算流速。
2、射流對平面的作用力
1）在拉鍊端部加重量50 克砝碼，然後開啟並調節閥門，使平板保持垂直
位置，記下砝碼位置，用體積法測流量；
2）改變砝碼重量，重複步驟1)。
資料處理
平板法：
儀器常數： d = 1.2 cm ， l 1 = 0.091m ， l2 = 0.197 m
m1/m2與流量之間的關係:
注意事項
1、調節前，必須將插銷插上；
2、拔出插銷後，應用手托扶水箱，以免擺動過大損壞儀器；
3、應緩慢開啟和調節閥門。
七、思考題
1、為什麼計算的力總是大於實測的力？
答:在實驗中,由於平板和水箱之間存在空隙,有一部分水從空隙中穿出,這部分水的水平速度大於零,所以作用在平板上的動量(即實測的動量)小於射流的總動量。
2、分析實驗結果及誤差源及誤差限。
絕對誤差限:
相對誤差限:
從圖中可以看出,隨之流量增加誤差隨之增大,而且時間t引起的誤差限尤為明顯,流量為800cm3/s的情況下,相對誤差限已達到35%,所以在實驗中可以採取相同流量下多次重複測量以減小t帶來的誤差.另外,從(1)問分析我們知道,當流量增大時,會有部分水從板與水箱之間的縫隙流走,引起動量損失.綜上所述,在驗證動量定理時,水流不宜過大,砝碼質量在50g左右較為適宜。
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