流体力学流体静力学实验

实验日期： 成绩：

班级： 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 形式之一：

pzcγ (1-1a)

形式之二：

pp0γh (1-1b)

式中 z——被测点在基准面以上的位置高度；

p——被测点的静水压强（用相对压强表示，以下同）；

p0——水箱中液面的表面压强；

γ——液体重度；

h——测点的液体深度。

2. 油密度测量原理。

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：

p01γwh1γoH (1-1-2)

另当U型管中水面和油面齐平（图1-3），取其油水界面为等压面，则有

p02γwHγoH即

p02γwh2γoHγwH (1-1-3)

图1-2 图1-3

由（1-1-2）、式（1-1-3）两式联解可得：

Hh1h2

代入式（1-1-2）得油的相对密度do

dooh1h1h2 (1-1-4)

据此式（1-1-4）,可以用仪器（不用额外尺子）直接测得do

四、实验要求

1．记录有关常数。 实验装置编号No. 8 各测点的标尺读数为：

-2-2-2 B= 2.1 10m； C= -2.9 10m； D= -5.9 10m；

基准面选在 测压管2标尺零点所在平面 ； zC= -2.9 10-2m； -5.9 10-2m；

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(zpzD= )是否为常数？

答：以（p0＞ 0）的第一组为例

（1）计算A、B、C、D点的压强，具体步骤如下：

2-2-2-20=11.8010m；H20.1010m；B=2.110m；C= -2.910m；

D= -5.910-2m；zC= -2.910-2m；zD= -5.910-2m；

H020.1011.8010HB20.102.1010HC20.102.910HD20.105.9102pApB8.301018.00102mm； ；

22pC2pD23.001026.00102m；

22m；

同理，得出其余各次测得的压强值，如表1-1所示。 （2）将基准面选在测压管2标尺零点所在平面 C点：zCD点：zDpCpD2.923.00105.926.0010220.101020.10102mm； ；

p22可见C，D两点zp为一常数，同理，计算出其余各次的z，如表1-1所示，

p可发现选择此基准时，同一静止液体内的任意二点C、D的(z)均为常数。

3．求出油的重度。 o= 8.26103N/m3

解题过程：

p00第一组中：0=11.6510-2m ；H24.80102m； h1H024.8011.6510213.15102m； 同理得h213.15102m；h313.55102m；

H1h1h2h3313.1513.1513.553210213.28102m；

p00第一组中：0=11.6010-2m ；H9.15102m；

2.45102h10H11.609.1510m；

同理得h22.50102m；h32.47102m；

H2d0h1h2h332.452.502.47313.2810210222.47100.8432m；

0WH1H1H213.28102.47102；

oWd098000.8438.26103N/m3

4．测出6#插入小水杯水中深度。 h6= 4.25 10-2m

解题过程：0=11.5510-2m ；H15.80102m；

h6H015.8011.551024.25102m

5. 完成表1-1及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：开启筒底减压阀11放水。

4）检查仪器是否密封：加压后检查测管l，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p0)，记录水箱液面标高0和测压管2液面标高H

(此时0 H)。

2)关闭通气阀4及截止阀7，用打气球加压使之形成p0 0，测记0及H。 3)打开减压放水阀11，使p0 (要求其中一次p，即0H), 测记

B0及H。

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do。

1)开启通气阀4，测记0。

2)关闭通气阀4，用打气球加压(p0 > 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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；然后开启放水阀11降压 (p0)，使U形管中的水面与油面齐平(图1-1-3)，测记 0及H (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 压力水头 水箱液面 实验条件 次序 0/(10m) 2测压管水头 pB测压管2液面 H/(10m) 2pAH0 2HB 2pCHC 2pDHD 2zCpC 2zDpD 2/(10m) /(10m) /(10m) /(10m) /(10m) /(10m) p00 p00 p00 （其中一次1 1 2 1 2 3 11.80 11.80 11.80 11.80 11.75 11.70 11.80 20.10 30.00 10.05 5.45 1.40

0.00 8.30 18.20 1.75 6.30 10.30 9.70 18.00 27.90 7.95 3.35 -0.7 14.70 23.00 32.90 12.95 8.35 4.30 17.70 26.00 35.90 15.95 11.35 7.30 11.80 20.10 30.00 10.05 5.45 1.40 11.80 20.10 30.00 10.05 5.45 1.40 pB0） 表1-2 油相对密度测量记录及计算表

水箱液面 条件 次序 1 2 3 1 2 3 0/(10m) 2测压管2液面 H/(10m) 2h1H0 /(10m) 2h1 /(10m) 2h20H /(10m) 2h2 /(10m) 2doowh1h1h2 p00且U型管中水面与油水交界面齐平 11.65 11.65 11.65 11.60 11.60 11.55 24.80 24.80 25.20 9.15 9.10 9.08 13.15 13.15 13.55 2.45 2.50 2.47 2.47 13.28 0.843 p00且U型管中水面与油面齐平 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：测压管水头是zp，即为测压管液面到基准面的距离，测压管水头线

是指测压管液面的连线，由实验可得，同一静止液体内的测压管水头线为一水平线。

2．当pB0时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。

答：pB0，即实验数据中，B=2.1010-2m，H1.40102m；

pBHB1.402.101020.70102m；过此时测压管2的液面

做一水平面，该水平面压强为标准大气压，所以水箱内高于此平面的封闭区域为真空区域。

3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定do。

答：打开通气阀，待油水界面稳定后，用直尺分别测量油水界面到左侧水面的垂直距离h1和到上方油面的垂直距离h2，则根据油水界面水平面上压强相等，即Wh1oh2，doh1h2。

4．如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响?

答：若测压管太细，则毛细现象严重，使读数偏高，但是对本实验没有太大影响，因为计算的结果都是差值，误差抵消了。

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，此水平面相对管1，2及水箱中的液体是等压面。

八、心得体会