流体力学
实验指导书与报告
（第二集）
动量定律实验 毕托管测速实验 文丘里流量计实验 局部阻力实验 孔口与管嘴实验
静压传递自动扬水演示实验
中国矿业大学能源与动力实验中心
学生实验守则
一、学生进入实验室必须遵守实验室规章制度，遵守课堂纪律，衣着整洁，保持安静，不得迟到早退，严禁喧哗、吸烟、吃零食和随地吐痰。如有违犯，指导教师有权停止基实验。
二、实验课前，要认真阅读教材，作好实验预习，根据不同科目要求写出预习报告，明确实验目的、要求和注意事项。
三、实验课上必须专心听讲，服从指导教师的安排和指导，遵守操作规程，认真操作，正确读数，不得草率敷衍，拼凑数据。
四、预习报告和实验报告必须独自完成，不得互相抄袭。 五、因故缺课的学生，可向指导教师申请一次补做机会，不补做的，该试验以零分计算，作为总成绩的一部分，累计三次者，该课实验以不及格论处，不能参加该门课程的考试。
六、在使用大型精密仪器设备前，必须接受技术培训，经考核合格后方可使用，使用中要严格遵守操作规程，并详细填写使用记录。
七、爱护仪器设备，不准动用与本实验无关的仪器设备。要节约水、电、试剂药品、元器件、材料等。如发生仪器、设备损坏要及时向指导教师报告，属责任事故的，应按有关文件规定赔偿。
八、注意实验安全，遵守安全规定，防止人身和仪器设备事故发生。一旦发生事故，要立即向指导教师报告，采取正确的应急措施，防止事故扩大，保护人身安全和财产安全。重大事故要同时保护好现场，迅速向有关部门报告，事故后尽快写出书面报告交上级有关部门，不得隐瞒事实真相。
九、试验完毕要做好整理工作，将试剂、药品、工具、材料及公用仪器等放回原处。洗刷器皿，清扫试验场地，切断电源、气源、水源，经指导教师检查合格后方可离开。
十、各类实验室可根据自身特点，制定出切实可行的实验守则，报经系(院)主管领导同意后执行，并送实验室管理科备案。
1984年5月制定 2014年4月再修订
中国矿业大学能源与动力实验中心
动量定律实验
一、实验目的要求
1. 验证不可压缩流体定常流的动量方程；
2. 通过对流速、流量、出射角度、动量与动量矩等因素相关性的分析研讨，进一步掌握流体力学的动量守恒定理；
3. 了解活塞式动量实验仪原理、构造，进一步启发与培养创造性思维的能力。 二、实验装置
本实验装置如图1.1所示。
4567891012
3图1.1 动量定律实验装置图
1. 自循环供水器 2. 实验台 3. 可控硅无级调速器 4. 水位调节阀 5. 恒压水箱 6. 管嘴 7. 集水箱 8. 带活塞的测压管 9. 带活塞和翼片的抗冲平板 10. 上回水管。
自循环供水装置1由离心水泵和蓄水箱组合而成。水泵的开启、流量大小的调节均由调速器3控制。水流经供水管供给恒压水箱5，溢流水经回水管流回蓄水箱。流经管嘴6的水流形成射流，冲击带活塞的翼片的抗冲平板9，并以与入射角成90°的方向离开搞冲平板。抗冲平板在射流冲力和测压管8中的水压力作用下处于平衡状态。活塞形心水深hc可由测压管8测得，由此可求得射流的冲力，即动量力F0冲击后的弃水经集水箱7汇集后，再经
上回水管10流出，最后经漏斗和下回水管流回蓄水箱。
为了自动调节测压管内的水位。以使带活塞的平板受力平衡并减小摩擦阻力对活塞的影响，本实验装置应用了自动控制的反馈原理和动摩擦减阻力技术，其构造如下：
yv2fxQv1pDv3v2x
图1.2 转动式动摩擦阻器 图1.3 自反馈平衡原理
带活塞的翼片的抗冲平板9和带活塞套的测压管8(参见图1.2和图1.3)，该图是活塞退出活塞套时的分部件示意图，活塞中心设有一细导水管a，进口端位于平板中心，出口端伸出活塞头部，出口方向与轴向垂直。在平板上设有翼片b，活塞套上设有窄槽c。
工作时，在射流冲击力作用下，水流经导水管a向测压管内加水。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，窄槽c减小，水流外溢减少，使测压管内水位升高，水压力增大。反之，活塞外移，窄槽开大，水流外溢增多，测压管水位下降，水压力减小。在恒定射流冲击下，经短时段的自动调整，即可达到射流冲击力和水压力的平衡状态。这时活塞处于半进半出、窄槽部分开启的位置上，过a流进测压管的水量和过c处溢出的水量相等。由于平板上设有翼片b，在水流冲击下，平板带动活塞旋转，因而克服了活塞在沿轴向滑动时的静摩擦力。
为验证本装置的灵敏度，只要在实验中的定常流受力平衡状态下，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克服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﹪，亦即活塞轴向动摩擦力不足总动量力的5‰。 三、实验原理
定常流动量方程为
???F??Q??2v2??1v1?
取脱离体如图1.3所示，因滑动摩擦阻力水平分力fx?0.5%Fx，可忽略不计，故x方向的动量方程化为
Fx??pcA???hc?4D2??Q?0??1v1x?
?1?Qv1x??4?hcD2?0
式中： hc——作用在活塞形心处的水深； D——活塞的直径； Q——射流流量；
Q?d2 v1x——射流的速度，v1x?，d为喷嘴直径；
4
?1——动量修正系数。
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?1值。其中，测压管的标尺零点已固定在活塞的园心处，因此液面标尺读数，即为作用在活塞园心处的水深。 四、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. 开启水泵 打开调速器开关，水泵启动2~3分钟后，关闭2~3分钟，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。
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流孔盖，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v2x?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，
?和管嘴作用水头H0。 使反射水流的回射角一致，记录回射角的目估值、测压管水深hc五、实验成果及要求
1. 记录有关常数。 实验装置台号№ 表1.1 记录计算表 管嘴直径d= cm， 活塞直径D= cm 次序 体积V 时间t 管嘴作用水头H0 活塞作用水头hc 流量Q 流速v 动量力F 动量修正系数β