實驗日期：2010-05-07
1.恆定總流動量方程
對恆定總流運用動量守恆原理，可以得到動量方程
，它表明總流中上游1-1斷面和下游2-2斷面之間控制體內流體所受外力之向量和等於單位時間經兩斷面流出控制體的動量。利用動量方程我們往往可以求出所需的作用力，包括邊界對流體的作用力或者其反作用力（流體對邊界的作用力）。
水流從圓形噴嘴射出，垂直衝擊在距離很近的一塊平板上，隨即在平板上向四周散開，流速方向轉了900，取射流轉向前的斷面1-1和水流完全轉向以後的斷面2-2（是乙個圓筒面，它應擷取全部散射的水流）之間的水流區域為控制體，運用動量方程可求出平板對水流的作用力.
2.具體計算公式推導
不考慮水流擴散、板麵和空氣阻力，由恆定總流能量方程可得：
控制麵中除了水流和平板的交介面外壓強都為零，即p1=p2，噴嘴距離平板很近，可認為z1=z2，於是：
.若射流方向水平，重力沿射流方向無分量,沿射流方
向的動量方程投影式為:
，取動量修正係數,則
.若射流衝擊的是一塊凹面板,則沿射流方向的動量方程投影式為:
，取動量修正係數， 仍滿足，所以
.本實驗裝置設計的射流方向是鉛垂向上的，重力沿射流方向有分量，考慮到重力的減速作用，射流衝擊到實驗板上的速度小於噴嘴出口流速，為
，故將實驗板受力公式改為
，其中z為射流噴射高程（噴嘴出口到實驗板的距離）。
實驗裝置與儀器見下圖。由存水箱、水幫浦、調壓閥和穩壓箱組成系統提供一股恆定的水射流由噴嘴射出衝擊平板或曲面板，射流對實驗板的衝擊力用天平量測，射流的流量用量水箱和秒錶手工測量。
三、實驗步驟（本組實驗的實驗板為平板）
1.調天平，將微調砝碼撥到零位，配重放到左盤，使天平平衡。擰松天平定位螺絲調節天平位置，使噴嘴中心與實驗板中心在同一軸線上，然後用定位件將天平固定。在天平右盤放入60g砝碼。
2.將分流器洩水口撥向洩水槽，開大穩壓箱調壓閥，關閉進水調節閥，將量水箱存水放空後，關閉量水箱洩水閥。啟動水幫浦，待穩壓箱內的氣體全部排除後關小調壓閥（不要關死，須留有調節量），慢慢開啟進水調節閥，由噴嘴噴出射流衝擊實驗板，直至天平右盤微高，停止調節閥門，再微調砝碼調天平平衡。
3.撥動分流器，使洩水口朝向量水箱，測量水面經過兩個高度h1、h2所用的時間，由此計算出流量q。
4.撥分流器，使洩水口朝向洩水槽，在天平右盤再加入10g砝碼，撥微調砝碼到零位，慢慢開啟進水調節閥，使天平再次平衡。
5.重複步驟2、3，測出8組資料，每次均增加10g砝碼。射流衝擊力的測量值與計算值的偏差一般為10%左右，超出20%為不合格，實驗結果至少應有5組資料合格。
儀器編號：004
有關常數：量水箱底面積s=205.750cm2噴嘴出水口直徑d =0.8cm
β=90噴嘴到實驗板的距離z=3.2cm
誤差分析：由公式可知r~q2，q=，由於本次實驗是手工測流量，h1 、h2、 t的測量很大程度上要憑經驗與感覺，所以會有較大誤差。天平可能會因為受力不穩定而有擺動，從而導致平衡力測量產生誤差，但是相對於前一項這只是次要誤差**。
此外，由於把動量修正係數取做1也會導致很小的誤差。
1.恆定總流動量方程的適用條件是什麼？可用來解決什麼問題？
答：首先要滿足恆定流動的條件，即總流管的形狀、位置不隨時間變化。總流內的流體是不存在空隙的連續介質，其密度分布恆定，所以這段總流管內的流體質量也不隨時間變化。
沒有流體穿過總流管側壁流入或流出，流體只能通過兩個過流斷面進出控制體。流體質量力只有重力、且跡線與流線重合。其次恆定流動量方程計算時所取的斷面要在漸變流上，因為這樣容易實現一元化表達，即斷面速度水頭的平均值可以用平均流速對應的速度水頭乘上動能修正係數表示。
另外動量方程是向量式，式中作用力、流速都是向量。動量方程式中流出的動量為正，流入為負。
恆定總流動量方程建立了通過總流管兩斷面淨流出的動量流量與這段總流管內流體所受外力之間的關係，避開了這段流動內部的細節。對於有些流體力學問題，能量損失事先難以確定，用動量方程來進行分析常常是方便的。此外，它與恆定總流連續方程、能量方程的聯用在解決問題時十分普遍。
2.動量方程中的是指所有外力的向量和，當使用動量方程在某一方向的投影式時，若質量力（重力）在該方向有分量，應該如何處理？
答：如果重力相對於其他外力不能較小，以至可以忽略不計那麼可以當做沒有重力處理，如果不能，就把把重力當做普通外力處理，因為恆定流的一段流管中流體的重力是不會隨時間變化的。
3.試分析實驗板所受射流衝擊力理論值與實驗值之間存在差別的原因。
答：由公式可知r~q2，q=，由於本次實驗是手工測流量，h1 、h2、 t的測量很大程度上要憑經驗與感覺，所以會有較大誤差。天平可能會因為受力不穩定而有擺動，從而導致平衡力測量產生誤差，但是相對於前一項這只是次要誤差**。
此外，由於把動量修正係數取做1.0也會導致很小的誤差。
4.噴嘴與實驗板中心位置如果沒有對準，會出現什麼問題？
實驗板平衡時不水平，而會有一定角度，假設該角度為θ，經過推導可得，r=ρqv，與實驗板水平時相同，但此時天平上砝碼的重力g不再等於r，而滿足新的平衡式：rcosθ=g,
所以就不能用天平來測量實驗板對水流的反力了。
6.為什麼在實驗中要反覆強調保持水流恆定的重要性？
答：因為實驗是利用恆定總流動量公式來推導的，此公式成立首先要滿足的條件就是水流恆定。
動量方程實驗報告
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