流体静力学实验.doc

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形测压管 ；9. 油柱 ；10. 水柱 ；11. 减压放水阀 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： =const （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； 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1-2），取油水界面为等压面时，有：另当U形管中水面与油面齐平（见图1-3），取油水界面为等压面时，有： （1-1-2） 即 （1-1-3）图1-2 图1-3由式（1-1-2）、式（1-1-3）两式联立可解得： 代入式（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.四、实验要求1记录有关常数 实验装置编号No. 2 各测点的标尺读数为：= 2.1 ； = - 2.9 ； = - 5.9 ；基准面选在 测压管2零读数所在平面 ； = - 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。由表（1-1）可知： （1）时 =0.0 =1004.5 =1494.5 =1788.5 （2） 时 =2597 =3601.5 =4091.5 =4385.5 (按第一组数据) （3）时 = -343 =656.6 =1146.6 =1440.6 (按第一组数据) 由表1-1中最后的测压管水头一栏得知，（）为常数。3求出油的重度。 = 8290.8 4测出6#测压管插入小水杯水中深度。 = 3.50 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和表1-2）4.测量点静压强。（1）打开通气阀4（此时=0），记录水箱液面标高。和测压管2的液面标高H（此时。=H）。（2）关闭通气阀4及截止阀7，用打气球加压是，测记。及H 。（3）打开减压放水阀，使（要求其中一次，即HB），测记。及H。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（0），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H（此过程反复进行三次）。（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形管中水面与油水界面齐平（见图1-3），测记。及H（此过程亦反复进行三次）。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。2. 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112.3512.350.0010.2515.2518.2512.3512.35112.3538.8526.5036.7541.7544.7538.8538.85212.3522.9010.5520.80 25.8028.8022.9022.9034（其中一次）112.308.80- 3.506.7011.7014.708.808.80212.255.10- 7.153.008.0011.005.105.10312.201.10- 11.10-1.004.007.001.101.10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112.2028.8016.6016.630.846212.2028.8516.65312.2028.8516.65且U型管中水面与油面齐平112.159.103.053.02212.159.252.9312.109.003.1七、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：同一静止液体内的测压管水头表示位置水头和压力水头之和，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。测压水头线是指测压管液面的连线，同一静止液面的测压管水头线为一水平线，表示一等压力势能的面。2当时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。答：= - 0.9 0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6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：（1）先将5 加压打气球打开，保证水箱上方气压等于大气压。 （2）以油水界面的水平线为起始面，用直尺分别测量水柱和油柱的高度分别计作 和。 （3）计算 4如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响?答：测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，会造成测量误差，但是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、8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：这个水平面不是等压面.8中U形测压管为油，1、2中为水，等压面只能为同一种液体。以C点作一水平面，管1、2为同一等压面。八、心得体会 通过本次试验