实验六流体压强及其测量演示实验

实验六流体压强及其测量演示实验一、实验目的1．了解绝对压强，表压强和真空度的区别及其相互联系。2．了解柱高度、压头和压强的区别及其相互联系。3．掌握压强的几种测量方法。二、实验原理1．绝对压强=表压+大气压绝对压强=大气压+真空度2．水银柱及水柱压差计原理：图6-1 U形管压强计在化工生产中，压强是一个重要的控制条件，测量压强的仪表也很多，U形管压强计就是利用流体静力学原理设计的测定压强的一种仪表。图6-1所示为一根U形玻璃管，内装有密度为p0的指示液，指示液应与被测液体不互溶，也不发生化学反应，并且指示液的密度p0要大于被测流体的密度p图6-1 U形管压强计测压时，将U形管的两端分别联接到被测系统的两点上，若这两点的压强分别为P］和p2(图中P］＞P2)，由于P］和P2不相等，当测量达稳定时U形管两侧指示液液面的高度也不相同，其差值R即为压强计的读数。在U形管压强计内取A、A'两点，这两点是在连通着的、静止的同一流体内，又在同一水平面上，所以这两点的压强相等。故役=Pl+（Z+AR）卩gPA二P2+ZPg+ARP0g因PA=PA，所以:p-p二(P-P)gAR120若被测流体是气体，通常pvvp0，上式可简化为：p-p=PgAR120这样测出的是被测系统两点间的压强差，若将U形管压强计一端连通大气，这时读数R表示的是设备中某点的绝对压强与大气压强之差，即表压。3．微压差计原理如图6-2所示，微压差计一端与流体管路相连，另一端通大气。左右端玻璃管上方有

图6-2微差计示意图扩大室1及2，要求扩大室的直径大于10倍的玻璃管直径，即d宀＞10d管。当右端的指示液高度有室管图6-2微差计示意图的变化时，左端扩大室的液面高度变化△hvvAh',也就是说，扩大室的液面高度变化几乎为零。具体分析如下：当右端的指示液上升（下降）Ah时，左端扩大室的液面高度下降（上升）△h'，则有：h—d2管h—d2室。44由于d室＞10d管，不难得到：AhV丄Ah。100由于在U型管中Ah的变化值不会很大（同学们自己分析），AfaO。从图中可以看到微压差计有两种指示液，要求密度相近这两种指示液不互溶，且均与被测流体不互溶（为什么？）根据连通器原理：（当被测流体为空气时Pa+ARgp尹+ARgp2.•.P二Pa+ARg（Q]—p2）采用表压书写则P表=ARg（Q]—p2）po 空气密度，kg・m-3Pa空气大气压，paaQ]、p2 指示液1与指示液2的密度，kg・m-3AR U型管中两种指示液高度差，m与水银柱或水柱压差计比较：当某种流体的表压一定时，用水柱压差计测得的高度差1、2——1、2——扩大室3——指示液14——指示液2为AR水，用微压差计测得的高度为AR微，于是有：亠」，前面已述及p「p2水 微 1 2R12水12HO R相近，即一很大。用水银柱压差计测得的高度差为AR水银，贝U微水银也很大。12R水银12说明用微压差计可以把水银柱或水柱压差计的读数放大几倍至几十倍。也就是测量压强较小时，微差计显示出较小的误差。三、实验装置与流程本演示实验装置由二维釜式反应器模型、弹簧压力表和U形管液柱压差计所组成。演示装置流程如图6-3所示。

主体设备为一透明的二维釜式反应模型，釜底出口与平衡杯相连接。利用平衡的位置高低，来调节器内的液位，以此造成液面上不同的压强。10图6-3流体的压强及其测爪滴示实验装置I.滑轨;210图6-3流体的压强及其测爪滴示实验装置I.滑轨;2•托盘；3.卜门瓶;4.反应器；5•弹赞压力表;6.7.U型压差计8•两通活塞；9•五通管；10、放空管反应器顶部另装一个放空阀。四、实验步骤及注意事项1．操作方法：试验前，先打开放空阀，水由平衡杯中加入。加水量以使平衡杯与器内液面平齐，液面达反应器高度的二分之一为宜。试验时，先关闭放空阀，再根据需要移动平衡杯的高低位置，用以造成器内液面上方的不同压强。2．观察比较绝对压强、表压强和真空度演示操作可依次按如下步骤进行：（1）将器顶放空阀打开，并将平衡杯置于反应器相同高度，使杯内液面与器内液面平齐，再将汞柱压差计上的旋塞打开。这时可观察到弹簧压力表和汞柱压差计显示的读数均为零。反应器与大气相通说明器内压强与大气压强相等，但压力表却显示为零。因此，压强有两种表达方式：绝对压强和表压强。（2）将器顶放空阀全部关阀，使器内成为密闭体系，然后将平衡杯缓慢举起，并置于最高位置上。这时，观察弹簧压力表和汞柱压差计的读数，观察到的读数即为表压强。（3）将平衡杯缓慢放下，并置于最低位置，再来观察弹簧压力表和汞柱压差计读数。这时，弹簧压力表显示出负的读数（压力表上以红色标度，单位为mmHg）,而汞柱压差计向左侧（连通测压口一侧）上长一定高度。这说明反应器内压强低于大气压强。压力表显示的读数即为器内压强低于大气压强多少毫米汞柱，这部分压强即为真空度，而设备内的剩余压强则为绝对压强。3．观察比较各种液柱压力计先将平衡杯放置在起始位置，然后找开一下放空阀，再将放空阀关闭。实验时，将平衡杯的位置略为提高一点，然后依次打开汞柱压差计、水柱压差计和微压差计上的旋塞。这时可以形象地观察到：当测量器内同一压强时，汞柱压差计显示的汞柱高度不甚明显；水柱压差计虽显示出一定水柱高度，但其值仍较小；而微压差计所显示的液柱高度则较为明显。用此形象地说明合理选用压差计指示液的重要意义。4．注意事项（1） 当进行绝对压强、表压和真空