流体静力学实验.doc

中国石油大学（华东） 工程流体静力学 实验报告
实验日期： 2010.3.15 成绩：
班级： 班 学号： 姓名： 教师：
同组者：

实验一、流体静力学实验
一、实验目的
1、掌握用液压式测压机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、测定有的相对密度。
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的静力学基本方程。
形式一：
Z+=const (1-1-1a)

形式二：
p=p+γh (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）；
p——水箱中液面的表面压强；
γ——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：
p=γh=γH （1-1-2）

另当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：
p+γH =γH
即
p=—γh=γH—γH （1-1-3）

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. 12
各测点的标尺读数为：
= 2.1 ； = -2.9 ； = -5.9 ；
基准面选在 测压管2的零刻度线 ；= -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？
（经验证，同一静止液体内部的任意二点C、D的是常数,见表1-1。.)
3．求出油的重度。 = 8.232
4．测出6测压管插入小水杯水中深度。 = 3.15
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），然后用大气球充气。
（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的页面高程是否恒定。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、测量点静压强。
（1）打开通气阀4（此时p=0），记录水箱页面标高▽和测压管2的页面标高▽（此时▽=▽）。
（2）关闭通气阀4及截止阀7，用打气球加压使p>0，测记▽及▽。
（3）打开减压放水阀11，使p<0（要求其中一次p<0,即▽<▽）,测记▽及▽。
5、测出测压管6插入小水杯中的深度。
6、测定油的相对密度d。
（1）开启通气阀4，测记▽。
（2）关闭通气阀4，用打气球加压（p>0），微调放气螺母使U形管中水面与油水界面齐平（见图1-1-2），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（p<0），使U形管中的水面与油面齐平（见图1-1-3），测记▽及▽（测过程亦反复进行3次）。
六、注意事项
1、用打气球加压、减压需要缓慢，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

1
12.10
12.10
0.00
10.00
15.00
18.00
12.10
12.10

1
12.10
25.25
13.15
23.15
28.15
31.15
25.25
25.25
2
12.10
25.95
13.85
23.85
28.85
31.85
25.95
25.95

（其中一次）
1
12.05
0.90
-11.15
-1.20
3.80
6.80
0.90
0.90
2
12.05
7.70
-4.35
5.60
10.60
13.60
7.70
7.70
3
12.05
6.85
5.20
4.75
9.75
12.75
6.85
6.85

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
1
12.00
22.70
10.70
10.69

0.84
2
12.00
22.68
10.68
3
12.00
22.69
10.69
且U型管中水面与油面齐平
1
12.00
10.00

2.00
2.01
2
12.00
9.98
2.02
3
12.00
9.90
2.01

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 p< 0 时，第 1 次 B 点量测数据（表 1.1）为例，此时 =—1.20cm< 0 ，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h和h，由式γ h=γ h，从而求得γ。
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。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、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：不全是等压面，C点与1、2管由连通器相连，所以它仅相对管 1、2 及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。而对于管8，没有通过连通器相连，所以，在这个平面上，压力不一定相等。
八、心得体会