流体静力学 土木09-2 赵兰慧 09121229.doc

中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告实验日期： 2011-9-21 成绩： 班级： 土木09-2班 学号：09121229 姓名： 赵兰慧 教师： 王连英 同组者： 王朝贝 实验一、流体静力学实验一、实验目的1.掌握用液式测压计测量流体静压强的技能。2.验证不可压缩流体静力学基本方程，加深对位置水头、压力水头和测压管水头的理解。3.观察真空度（负压）的产生过程，进一步加深对真空度的理解。4.测定油的相对密度。5.通过对诸多流体静力学现象的实验分析，进一步提高解决静力学实际问题的能力。二、实验装置本实验的装置如图1-1所示。1. 测压管 ；2. 带标尺的测压管 ；3. 连通管 ；4. 通气阀 ；5. 加压打气球 ；6. 真空测压管 ；7. 截止阀 ；8. U型测压管 ；9. 油柱 ；10. 水柱 ；11. 减压放气阀 图1-1 流体静力学实验装置图三、实验原理1.在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程。形式一： (1-1-1a)形式二： （1-1-1b）式中 z-测点在基准面以上的位置高度； P-测点的静水压强（用相对压强表示，以下同）； -水箱中液面的表面压强； -液体的重度； h-测点的液体深度。2.油密度测量原理。当U形管中水面与油水界面齐平（见图1-1-2），取油水界面为等压面时，有： (1-1-2)令当U形管中水面与油面齐平（见图1-1-3），取油水界面为等压面时，有： 即 (1-1-3)由式（1-1-2）、式（1-1-3）两式联立可得： 带入式（1-1-2）可得油的相对密度为： （1-1-4）根据式（1-1-4），可以用仪器（不用额外尺子）直接测得 。图1-2 图1-3四、实验要求1记录有关常数 实验装置编号No. 11 各测点的标尺读数为：= 2.1 ； = -2.9 ；= -5.9 ；基准面选在 液压管2的零刻度面 ； = -2.9 ；= -5.9 ；2分别求出各次测量时，A、B、C、D点的压强，并选择一基准验证同一静止液体内的任意二点C、D的()是否为常数？ 实验条件次序水箱液面m液压管2的液面m液体静压强 112.9513.10112.8543.202 12.7537.85112.706.10212.753.40312.802.10油的相对密度测量且U形管中水面与油水面齐平 112.7027.60 212.7527.55 312.7027.80 且U形管中水面与油面齐平 112.509.80 212.459.95 312.459.806#测压管插入小水杯水中的深度（打开截止阀7）1 12.4017.953求出油的重度。 = 8337 4测出6#测压管插入小水杯水中深度。 = 6.31 5完成表1-1及表1-2。五、实验步骤1.了解仪器的组成及其用法，包括：（1）各阀门的开关。（2）加压方法：关闭所有阀门（包括截止阀），然后用打气球充气。（3）减压方法：开启筒底减压放水阀11放水。（4）检查仪器是否密封：加压后检查测压管1，2，8的液面高程是否恒定。若下降，则表明漏气，应查明原因并加以处理。2.记录仪器编号及各常数。3.进行实验操作，记录并处理实验数据（见表1-1-1和表1-1-2）。4.量测点静压强。（1）打开通气阀4（此时），记录水箱液面标高和测压管2的液面标高（此时=）。（2）关闭通气阀4及截止阀7，用打气球加压使，测记和。（3）打开减压放水阀11，使（要求其中一次，即），测记及。5.测出测压管6插入小水杯中水的深度。6.测定油的相对密度。（1）开启通气阀4，测记。（2）关闭通气阀4，用打气球加压（），微调放气螺母使U形管中水面与油水界面齐平（见图1-2），测记及（此过程反复进行3次）。（3）打开通气阀4，待液面稳定后，关闭所有阀门，然后开启减压放水阀11降压（），使U形管中的水面与油面齐平（见图1-3），测记及（此过程亦反复进行3次）。六、注意事项1. 用打气球加压、减压需缓慢以防液体溢出及油珠吸附在管壁上。打气后务必关闭加压打气球下端的阀门，以防漏气。在实验过程中，装置的气密性要求保持良好表1-1 流体静压强测量记录及计算表实验条件次序水箱液面测压管2液面压力水头测压管水头112.9513.100.1511.0016.0019.0013.1013.10112.8543.2030.3541.1046.1049.1043.2043.20212.7537.8525.1035.7540.7543.7537.8537.85（其中一次）112.706.10-6.60-8.70-3.70-0.70-6.60-6.60212.753.40-9.351.306.309.303.403.40312.802.10-10.700.005.008.002.102.10表1-2 油相对密度测量记录及计算表条件次序水箱液面测压管2液面且U型管中水面与油水交界面齐平112.7027.6014.9014.930.85212.7527.5514.80312.7027.8015.10且U型管中水面与油面齐平112.509.802.702.62212.459.952.50312.459.802.65七、问题分析1同一静止液体内的测压管水头线是根什么线?答：测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。从表1-1的实测数据或实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线2当时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。答：以当时，第3次B点量测数据（表1-1）为例，此时，相应容器的真空区域包括以下3三部分：（1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。（2）同理，过箱顶小杯的液面作一水平面，测压管4中该平面以上的水体亦为真空区域。（3）在测压管8中，自水面向下深度为的一段水注亦为真空区。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管6液面高于小水杯液面高度相等，均为。3若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定。答：最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度和，由式，从而求得4如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响?答：设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差。毛细高度由下式计算式中，为表面张力系数；为液体的容重；为测压管的内径；为毛细升高。常温（）的水，或，。水与玻璃的浸润角很小，可认为。于是有 一般说来，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其较普通玻璃管小。如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时。相互抵消了。5过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面?哪一部分液体是同一等压面?答：不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具备下列5个条件的平面才是等压面：（1） 重力液体；（2） 静止；（3） 连通；（4） 连通介质为同一均质液体；（5） 同一水平面而管8与水箱之间不符合