流体静力学实验报告终结版

中国石油大学 华东 中国石油大学 华东 流体静力学流体静力学 实验报告实验报告 实验日期 实验日期 2011 3 17 成绩 成绩 班级 班级 石工石工 09 8 学号 学号 09021374 姓名 姓名 李陆伟李陆伟 教师 教师 王连英王连英 同组者 同组者 李凯李凯 蒋光磊蒋光磊 实验一 流体静力学实验实验一 流体静力学实验 一 实验目的 1 掌握用液式测压及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 的生产过程 进一步加深对真空度的理解 4 测量油的相对密度 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 代表吃的测压管 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 z p r const 1 1 1a 形式二 P po rh 1 1 1b 式中 z 测点在基准面上的位置高度 P 测点的静水压强 用相对压强表示 以下同 Po 水箱中液面的表面压强 r 液体的重度 h 测点的液体深度 2 有密度测量原理 当U型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 Po1 rwh1 roH 另当U型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 Po2 rwH roH 1 1 2 即 Po2 rwh2 roH rwH 1 1 3 由式 1 1 2 式 1 1 3 两式联立可解得 H h1 h2 代入式 1 1 2 可得油的相对密度do为 do ro rw h1 h1 h2 1 1 4 根据式 1 1 4 可以用仪器直接测得do 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 各测点的标尺读数为 2 1 2 9 5 3 B 2 10 m C 2 10 m D 2 10 m 基准面选在 测压管2标尺零点所在界面 2 9 C z 5 3 2 10 m D z 2 10 m 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 p z 依据表1 1所得数据 为常数 3 求出油的重度 8 154 1000 o 3 N m 4 测出6 测压管插入小水杯水中深度 3 5 6 h 2 10 m 17 2 13 7 3 5cm 6 h H 0 5 完成表1 1及表1 2 五 实验步骤 1 了了解一起的组成及其用法 包括 1 各阀门的开关 2 加压的方法 关闭所有阀门 然后用打气球充气 3 减压方法 开启筒底减压放水阀们11放水 4 检查仪器是否密封 加压后检查测压管1 2 8的夜面高程是否恒定 若下降 则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 记录并处理数据 4 量测点静压强 1 打开通气阀4 此时po 0 记录水箱液面高标 0和测压管的液面标高 H 此时 o H 2 打开通气阀4及截止阀7 用打气球加压使po 0 测记 o及 H 3 打开减压放水阀11 使po 0 要求其中一次pB 0 即 H0 微调放气螺母使U型管中水面与液面齐 平 测记 0及 H 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 po 0 使U型管中水面与油面相齐平 测记 0及 H 此过程反复进行3次 六 注意事项 1 用打气球加压 减压需缓慢 以防液体溢出及油滴吸附在管壁上 打气后务必关闭加 压气球下端的阀门 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 压力水头测压管水头 实验条件次序 水箱液面 0 2 10 m 测压管2液面 H 2 10 m A H0 p 2 10 m B HB p 2 10 m C HC p 2 10 m D HD p 2 10 m C C p z 2 10 m D D p z 2 10 m 0 0 p114 014 0011 916 919 314 014 0 113 825 011 222 927 930 313 825 0 0 0 p 213 830 016 227 932 935 313 830 0 113 910 0 3 97 912 915 313 910 0 213 96 0 7 93 98 911 313 96 0 0 0 p 其中一次 B 0p 313 91 0 12 9 1 13 96 313 91 0 表1 2 油相对密度测量记录及计算表 条件次序 水箱液面 0 2 10 m 测压管2液面 H 2 10 m 1H0 h 2 10 m 1h 2 10 m 20H h 2 10 m 2h 2 10 m 1 o o 12 w h d hh 1 13 924 210 3 2 13 924 410 5 且U0 0 p 型管中水面与 油水交界面齐 平 3 13 924 310 4 10 4 113 911 82 1 213 911 82 1 且U0 0 p 型管中水面与 油面齐平 313 811 72 1 2 1 0 832 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 测压管水头指z p 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 压管水头线是指测压管液面的连线 从实验直接观察可知 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 B 0p 以p0 0时 第二次B点测量数据 表1 1 为例 此时 pB 0 6cm 0 相应容器的真空区域包括以下三部分 1 过测压管液面 h 1 2cm 做一水平面 由等压原理知 相对测压管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 过箱顶小水杯的液面作一水平面 真空测压管中 该平面以上的区域也是真空区 域 3 在U形测压管5中 自水面向下深度为12 8cm的一段水柱也是真空区 这段高度与测压 管液面低于水箱液面的高度相等 亦与真空测压管液面高于水杯液面高度相等 均为12 8 cm 3 若再备一根直尺 试采用另外最简便的方法测定 o d 最简单的方法 是用直尺分别测量水箱内通大气的情况下 U形测压管油水界面至水面 和油水界面至油面的垂直高度hw和ho 由式 whw oho 从而求得 do 4 如测压管太细 对测压管液面的读数将有何影响 一般说来 当玻璃测压管内径大于10mm时 毛细管影响可以忽略不计 另外 当水质 不好时 减小 毛细高度较纯净水也减小 当采用有机玻璃管作为测压管时 浸润角 较大 其h较普通玻璃小 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 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 不全是等压面 它仅相对于 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 为同一均匀液体 5 同