آزمایش: هدف مانع یک به آب جت خورد بر از حاصل نیروهای بررسی هدف

محاسبه وریئمقادیرت با نتایج مقایسه و ساکن کروی یا مسطحاست. آب جت در حرکت تغییراندازه از شده

: دستگاه شرح. باشد یكنواخت جریان باید آزمایش این در

پمپ ی وس9یله ب9ه را افش99انك داخ9ل به آب هدایت هیدرولیكی میز مش99خص دبی با و منظم جت صورت به آنجا از آب تا دهد می انجام

. كند برخورد نیمكره یا مسطح مانع به آب و شود هدایت باال به وزنه كردن جابجا با و است متصل موانع به كه اهرمی ی وسیله به را مانع به جت طرف از وارده نیروی توان می اهرم روی ی

. كرد حساب: ها داده mm10 افشانك قطر 610gr تعادل ی وزنه جرم

152.5mm اهرم محور تا مانع مركز ی فاصله 37mm صفحه به برخورد محل تا افشانك سر ی فاصله

: آزمایش تئوری سیال حرکت اندازه تغییرات به است برابر سیال به مانع طرف از وارد نیروی

از نیرو این عکس نیوتن سوم قانون طبق که مانع به برخورد از وبعد قبل برابر امتدادی هر در نیرو این . تصویر شود می اعمال مانع به سیال طرف. امتداد همان در سیال ممنتوم تغییرات تصویر با است

وبا کند برخورد پره بهQ ودبیV سرعت با سیالی جت اگر زیر شکل مطابق شود خارج سازد میө زاویه ورودی امتداد با با که امتدادی در سرعت همان: آید می دست به زیر صورت به سیال بر وارد نیروی

= Fx : صاف سطح0 , Fy = −ρQV0

2ρQV0−: کره نیمFx = 0 , Fy =

و گ@یریم می نظ@ر در را دس@تگاه ب@ر وارد نیروه@ای تئوری صورت به ابتدا حال کلی رابط@ه ی@ک ب@ه ت@ا کرد خواهیم سعی سپس و کرده مشخص را آنها جهات

. نیروه@@ا آوریم دس@@ت به دارد گشتاور مرکز تا تعادلی وزنه فاصله مقدار با که: است آمده زیر شکل در دستگاه مشخصات از استفاده با فاصله و جهت و

V0Fx

Fy

V0V0

y

V0

x

y

جرم مرکز فاصله باشدو'm با برابر وزنه بدون میله جرم که کنیم می فرض برابرO نقطه تا فنر فاصله که میکنیم وفرض باشد'x با برابرO نقطه تا آن باشد.''x با

تکیه از150mm فاصله درm جرم به وزنه است صفر برابر دبی که ابتدا در: گیریم می گشتاورO نقطه حول حالت این در دارد قرار گاه

و

که وقطعاتی میله وزن نیروی به مربوطF3 چون کنند نمی تغییرF3 وF1 اما تغییر فنر کشیدگی مقدار اینکه خاطر به نیزF1 و است هستند آویزان آن به

. مانند می ثابت کند نمی: داشت خواهیم کند می برخورد صفحه به آب جریان که وقتی حال

نقط@ه ت@@ا وزن@@ه فاص@له مقدار است کافی یعنی آمده دست به رابطه این حال گش@@تاور آنک@@ه ب@@رای ک@@ه ن@@یروی واقعی مق@@دار تا داده قرار فرمول در را صفر

152.5m

F

x

10mm

37mm

F1

F2

Fx

Fy F3

O

X''X'

توج@@ه بای@@د البت@@ه آی@@د بدس@@ت بمان@@د ب@@اقی تع@@ادل حال در دستگاه و شود صفرندارد بستگی مانع نوع به رابطه این که داشت

آزاد: های جت مورد در توضیحی مج@@رایی از ک@ه ش@@ود می گرفت@@ه نظ@ر در س@@یال از جریانی عنوان به آزاد جت

ک@@ه اس@@ت سیالی محتوی که شود می وارد بزرگی نسبتا ناحیه به و شده خارج که بگیرید نظر در را . وضعیتی است جت جریان امتداد موازات به آن سرعت

. در یاب@@د می جری@@ان اتمسفر داخل به شیپوره از صوت مادون جریان با سیال . اس@@ت براب@@ر محی@@ط اتمس@فر فش@ار ب@@ا سیال خروجی فشار جریانهایی چنین ج@@انبی انبس@@اط ی@@ک بود می جت فشار از کمتر اتمسفر فشار اگر کنیم فرض

ایزنتروپی@@ک جری@@ان تئ@@وری مط@@ابق عم@@ل . این گ@@رفت می ص@@ورت جت در می اف@@زایش لزوم@@ا جت در فش@@ار نتیج@@ه در و دهد می کاهش را جت سرعت

عم@@ل این ادام@@ه ک@@ه است بدیهی و شد می بدتر وضیعت صورت این . در یابد اتمسفر فشار که بگیرید نظر در را فرض این دیگر طرف . از است حادثه یک جت ، ایزنتروپی@@ک جری@@ان تئ@@وری طب@@ق بای@د . آنگ@@اه باشد بیشتر جت فشار از

شده جت در بیشتر فشار باعث امر . این یابد افزایش سرعت و شده منقبض ی@@ک ایج@@اد ب@@ه منجر ، امکان دو هر که است . واضح کند می بدتر را وضعیت و

م@@ادون آزاد جت که شده معلوم که آنجا . از شود می جت جریان در ناپایداری فش@@ار ب@@ا بایس@@تی جت فش@@ار ک@@ه بگ@@یریم نتیج@@ه توانیم می است پایدار صوت. برابرباشد محیط

ب@@ا خ@@روجی فش@@ار ک@@ه ن@@دارد لزومی باشد، صوت مافوق جت اگر وجود این با از بع@دی دو ح@االت ب@رای توان@د می خ@روجی . فش@ار باشد برابر محیط فشار بع@@دی س@@ه ح@@االت برای و ، مایل انبساطی و ای ضربه امواج دسته یک طریق

شود. برابر محیط فشار با ، مخروطی امواج طریق از متقارن

محاسبات: نحوهتقسیم زمان مدت بر را آب وزن است کافی جرمی دبی آوردن بدست برای کنیم

و افشانه مقطع سطح مساحت و جرمی دبی از استفاده با توان می حال آورد بدست را خروجی سرعت مقدار آب دانسیته :

ورودی سرعت توان می زیر ی رابطه طبق خروجی سرعت از استفاده با است مانع تا افشانک سر فاصله ارتفاع مقدار کردالبته حساب را افشانه h

ضرب هم در را اولیه سرعت و جرمی دبی مقدار جدول خواسته براساس کنیم می

موانع برای آن تئوری مقدار که کرد محاسبه را آب جت نیرو مقدار باید حال زیر ی رابطه از مسطح مانع برای که است متفاوت مختلف :

زیر رابطه از نیمکره مانع برای و :

بدست قبل در که آنچه از استفاده با را جت نیرو واقعی مقدار باید حال کنیم محاسبه آوردیم

( وزنه فاصله مقدار و نیرو بین ای رابطه )

آوریم می بدست فوق روش از استفاده با را جدول های داده مابقی

مسطح مانع برای :

m T X M V V0 M*V0=F FA18 37.72 0.072 0.4772 6.075968 6.015957 2.870817 2.8266318 41.23 0.063 0.436575 5.558707 5.493049 2.398129 2.4738318 44.91 0.054 0.400802 5.103218 5.031619 2.016681 2.1210312 33.09 0.045 0.362647 4.617417 4.53816 1.645752 1.7682312 36.44 0.036 0.329308 4.192929 4.105485 1.351971 1.4154312 40.03 0.027 0.299775 3.816896 3.720625 1.115351 1.0626312 48.69 0.018 0.246457 3.138023 3.020189 0.744347 0.70983

6 37 0.009 0.162162 2.064734 1.88082 0.304998 0.357030 0 0 #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! 0.00423

نیمکره مانع برایm T X M V V0 m.V0 F FA

18 37.97 0.136 0.474058 6.035963 5.97555 2.83276 5.66552 5.3354318 40.72 0.119 0.442043 5.628328 5.563491 2.459303 4.918607 4.66903

18 44.01 0.102 0.408998 5.207578 5.137433 2.1012 4.2024 4.0026312 32.5 0.085 0.369231 4.701241 4.623421 1.707109 3.414219 3.3362312 35.78 0.068 0.335383 4.270272 4.184445 1.403391 2.806783 2.6698312 40.03 0.051 0.299775 3.816896 3.720625 1.115351 2.230702 2.0034312 49.13 0.034 0.24425 3.109919 2.990979 0.730546 1.461093 1.33703

6 31.43 0.017 0.1909 2.430645 2.276486 0.434582 0.869164 0.670630 0 0 #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! 0.00423

)talf(1.gif

0

5.0

1

5.1

2

5.2

3

5.3

0 5.0 1 5.1 2 5.2 3 5.3

0V.m

F

(t)F

(a)F

)dibolg flah(2.gif

0

1

2

3

4

5

6

0 5.0 1 5.1 2 5.2 3

0V.m

F

(t)F

(a)F

کن@@د نمی عب@@ور مب@@دا از واقعی منح@@نی و کن@@د می عبور مبدا از ال ایده منحنی در و آی@@د می بدس@@ت وزن@@ه شده قراثت فاصله مقدار از واقعی مقدار در جون ب@@ا آم@@ده بدس@@ت رابط@@ه در ط@@رفی از و است ساز مشکل دید خطای امر این

محاس@@به هنگ@@ام در م@@ا چ@@ون ش@@ود نمی ص@@فر رابطه ، صفر مقدار دادن قرار ایم داده انجام خطا صفر نقطه در گشتاور

واقعی نمودارهای و ایدال های نمودار که است مشخص خوبی به وجود این با و آزم@@ایش هنگ@@ام در خ@@وب دقت دهن@@ده نش@@ان ک@@ه است نزدیک بسیار هم به

. ممکن حد تا ها خطا کاهش و ابزار بودن تنظیم مش@خص خ@وبی ب@ه ش@وند می ت@رکیب آن در ف@وق نمودارهای که نموداری در

است مسطح مانع شیب برابر دو نیمکره مانع منحنی شیب که است

سواالت: آن از منظم صورت به آب جت چرا که دهید توضیح.1

شود؟ می خارج ب@@ه س@@طح تغی@@یرات افش@@انک س@@ر در و اس@@ت متق@@ارن شکل دارای جت چون

آن از منظم ص@ورت ب@@ه آب و اس@@ت کم افت پس باش@@د، می ت@@دریجی صورتV1A1 = V2A2 و شود می خارج

: است داشتهY جهت در منظمی تغییرات افشانك سر چون و

V1A1 = V2A2 = V3A3

باشد می منظم هم2 مقطع از خروجی دبی پس

نباش99د یکن99واخت مقط99ع ی99ک در س99رعت توزی99ع اگ99ر. 2 مق99داری از معم99وال"بزرگ99تر مقطع آن از عبوری مومنتوم

fig.3

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

0 1 2 3 4

m v

F flat

h.glo

می محاس99به متوس99ط س99رعت گ99رفتن نظر در با که است ی99اβدر را آن ش99ده محاس99به مومنت99وم تص99حیح ش99ود.ب99رای

تص99حیح کنن99د.ض99ریب می ض99رب مومنت99وم تص99حیح ضریبآورید. دست به زیر مشخصات با آبی جت برای را مومنتوم

در س99رعت پروفی99ل و اس99تa مقط99ع س99طح ب99ا آب _ جت β خواهیم .می است1.5V0 دیگر نیم در و0.5V0 آن از نیمی

. آوریم دست به راV0یکنواخت سرعت که است حالتی برای آب جت سرعت

باشد. كنترل سطح مقطع ورودی سرعت كه شود می وارد وقتیβ تصحیح ضریب

: نباشد ثابت

خروج حین در را آب جت سرعت معین دبی یک برای. 3کنید. محاسبه مانع به برخورد از وقبل افشانک

داشت: خواهیم برنولی ی رابطه در جایگذاری با

باال سمت به درجه1 زاویه با کند می قطع را مسطح صفحه که آبی . اگر4 چیست؟ مسطح صفحه بر وارد نیروی درمحاسبه آن اثر شود خارج آن از

سطح با سطح به برخورد هنگام برود باال درجه1 ی زاویه تحت آب _ اگر: از عبارتند که داریم مولفه دو نتیجه در و سازد می را زاویه همان

Fx = ρv0Q sin (1)Fy = ρv0Q cos(1)

در نیمک99ره م99انع ی99ک ب99ه آب جت طرف از وارد .نیروهای5 دارند هم با فرقی چه زیر حاالت

آن خالف در و راستا همان در نیرو یک و شود می وارد نیرو یک اول شکل در شود می خارج جهت

همان در که شود می تفکیک دونیرو به و شود می وارد نیرو یک دوم شکل درشود می خارج مخالف جهت با ولی راستا

دو و وارد نیرو دو که است حلقه دو که کرد تصور توان می سوم شکل در شود می خارج نیرو

(a) Fx =-2 ρv0Q0 , Fy =0

(b) Fx = ∫cs ρvx v0 . dA =(ρ v0 )(- v0 A0 )+(- ρ v0 )( v0 A1)+(- ρ v0 )( v0 A2)=

ρv0Q0- ρv0 (Q1+ Q2) Q1+ Q2= Q0

Fx =- ρv0(Q1+ Q2)= -2 ρv0Q0 , Fy = ∫cs ρvy v0 . dA=0

(c) Fx =-2 ρv0Q0 , Fy =0

است. یکسان میکند وارد نیمکره سه هر به آب جت که نیرویی بنابراین

: گیری نتیجه

: منابعاستریتر سیاالت کتابشیمز سیاالت کتاب