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。

图1-1  流体静力学实验装置图

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；

说明：

（1）所有测压管液面标高均以标尺（测压管2）零读数为基准。

（2）仪器铭牌所注，，系测点B，C，D的标高。若同时取标尺零点作为静力学基本方程的基准，则，，亦成为，，。

(3) 本仪器中所有阀门旋柄均以顺管轴线为开。

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：

          P=P。+         （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，一下同）；

        P。--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1-1-2），取油水界面为等压面时，有：

P₀₁==H         (1-1-2)

另当U形管中水面与油面平齐（见图1-1-3），取油水界面为等压面时，有：

       P₀₂+H=H

即

       P₀₂=-h₂=H-H  (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.14

各测点的标尺读数为：

=  2.1 ； =  -2.9 ；=  -5.9  ；

基准面选在  测压管2标尺的0刻度线处  ；=   -2.3   ；   =  -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.

3．求出油的重度。                      = 8291.91

4．测出6#测压管插入小水杯水中深度。   = 4.20  

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1-1-1和表1-1-2）。

4.量测点静压强。

（1）打开通气阀4（此时P₀=0），记录水箱液面标高和测压管2的液面标高（此时=）。

（2）关闭通气阀4及截止阀7，用打气球加压使P₀＞0，测记及。

（3）打开减压放水阀11，使P₀＜0（要求其中一次P_b＜0，即＜,测记及。

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d₀.

（1）开启通气阀4，测记。

（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1-1-2），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（P₀＜0），使U形管中的水面与油面齐平（见图1-1-3），测记及（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。大气后务必

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

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线是水平线。

2．当时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。

       答：当时,相应容器的真空区域包括以下三部分：

(1)过测压管2液面作一水平面，该平面以上密封的水、气所占的空间区域，为真空区域。因为相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，为大气压强。(2)过箱顶水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体为真空区域。(3)在测压管5中，自水面向下深度有一段水柱亦为真空区。这段水柱高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，也与测压管4液面高于水杯液面高度相等。

3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定。

答：关闭空气阀与截止阀，用打气球加压使测压管液面高于水箱液面，此时U型管中油面高于水面，记录U型管水面高度h₀以及测压管高度h₁，并用直尺油面高于水面的高度h²。则有：d₀=h₂/(h₁-h₀) 。

4．如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响?

答：测压管太细会出现毛细现象，对读数带来误差，影响实验结果。

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：相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面是等压面。相对管8和水箱中的液体而言，该水平面不是等压面。

    6.该仪器在加气增压后，水箱液面将下降?h，而测压管液面将升高H,实验时，若以p₀=0时的水箱液面作为测量基准，试分析加气增压后，实际压强（H+?h）与视压强H的相对误差值。本仪器测压管内径为0.8*10^-2m,箱体内径为20*10^-2m。

         答：

     7.测压管和液面计有何区别？

         答：液面计是用来观察设备内部液面位置的装置。测压管用于测量液体相对压强的、连通于被测液体的开口管。

     8.绝对压强与相对压强、真空压强的关系是什么？是将p=-4.9*10⁴p_a的相对压强用真空度表示出来。

          答：绝对压强是以绝对真空为零点而计量的。相对压强是以当地大气压为零点计量的。真空压强是指流体的绝对压强小于大气压产生真空的程度。P_真=Pa-P_绝=-P_表  

八、实验总结

 通过本实验我掌握了用液式测压计测量流体静压强的技能。进一步加深了对真空度的理解，通过实验验证了不可压缩流体静力学基本方程，加深了对位置水头、压力水头和测压管水头的理解。通过实验的操作，增强了我的动手能力，使我对该实验装置有了深一步的认识。同时提高了进一步解决静力学实际问题的能力。

表1-1  流体静压强测量记录及计算表

表1-2  油相对密度测量记录及计算表

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线是根等压面的投影形成的水平线。

2．当时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。               答：当时，即P_B/γ<0，相应容器的真空区域包括以下三部分：

(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，为大气压强，故该平面以上密封的水、气所占的空间区域，为真空区域。(2)同理，过箱顶小水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5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低于箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。

3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定。

答：关闭空气阀 截止阀，用打气球加压使测压管的液面高于水箱液面，U形管中的油面高于水面。读出测压管的高度h0，u形管水面的高度h1，用直尺读出油面高于水面的的高度h3。d0=h3/(h0-h1)      

4．如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响?

答：测压管太细会出现毛细现象，液面会高于或低于原本的高度，对读数带来误差，影响实验结果。

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?

答：不全是等压面，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。相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是等压面。

   

八、实验总结

 1.通过本实验我掌握了液式测压计的使用。

2.通过实验的操作，增强了我们的动手能力，是我对该实验装置有了深一步的认识

3.实验数据的计算加深了我对静力学平衡方程的理解。

4.通过本次实验对流体静力学现象的实验分析，提高了进一步解决静力学实际问题的能力。

第二篇：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—加压打起球；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  流体静力学实验装置图

说明：

1. 所有测管液面标高均以标尺（测压管2）零读数为基准；

2. 仪器铭牌所注、、为B、C、D的标高；

3. 本仪器中所有阀门旋柄顺管轴线为开。

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：

    形式二：

    2. 油密度测量原理

当U型管中水面与油水界面齐平（图2），取其顶面为等压面，有：

另当U型管中水面和油面齐平（图3），取其油水界面为等压面，则有：

即

图2                                        图3

由(2)、(3)两式联解可得：

代入(2)式得油的相对密度：

根据式(4)，可以用仪器直接测得。

四、实验要求

1．记录有关常数

实验装置编号No.  13    

各测点的标尺读数为：

=  2.1   ；   =   -2.9   ；   =   -5.9  ；

基准面选在  测压管标尺零点所在平面    ；  

=        ；   =        ；

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？答：是常数

3．求出油的重度。

=    8467.2  

4．测出6#测压管插入小水杯水中深度。

=   4.05     

5．完成表1-1及表1-2。

五、实验步骤

1．搞清仪器组成及其用法。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：开启筒底阀11放水；

（4）检查仪器是否密封：加压后检查测管l、2、8液面高程是否恒定。若下降，表明漏气，应查明原因并加以处理。

2．记录仪器编号、各常数。

3．实验操作，记录并处理实验数据。

4．量测点静压强。

（1）打开通气阀4，记录水箱液面标高和测压管2的液面标高（此时）。

（2）关闭通气阀4及截止阀7，用打气球加压使p₀>0，测记及。

（3）打开减压放水阀11，使p₀<0（其中一次p_B<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_o。

（1）开启通气阀4，测记；

（2）关闭通气阀4，打气加压( p₀ > 0)，微调放气螺母使U形管中水面与油水交界面齐平（图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；然后开启放水阀11降压(p₀ < 0)，使U形管中的水面与油面齐平（图3），测记及（此过程亦反复进行3次）。

表1-1  流体静压强测量记录及计算表

表1-2  油相对密度测量记录及计算表

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。

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：以大气压强为标准大气压的水平线。

2．当时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。

答：以测压管做水平面，水平面以上的是真空区域。

3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定。

答：测量水面与测压管液面的高度差。

4．如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？

答：若测压管太细会存在毛细管现象。

由于水对玻璃是浸润的，而油对玻璃不浸润，如果玻璃管太细，会使水面的读数比实际值偏大，而油面读数比实际值偏小。

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？

答：不是。左侧1，2测压管相对于此水平面是等压面。因为满足条件：连通，同种液体，绝对静止。而U形管8，由于其中的液体并不是同种液体，故不是等压面。

6．该仪器在加气增压后，水箱液面将下降而测压管液面将升高H，实验时，若以时的水箱液面作为测量基准，试分析加气增压后，实际压强与视在压强H的相对误差值。本仪器测压管内径为，箱体内径为。

答：半径比为：，

由于，则有：，

故，即，

则。

相对误差为1.0016。

八、心得体会

    通过此次试验，我对真空度有了更深层次的理解，同时对在重力作用下不可压缩流体的经历学方程有了更好的掌握。同时，对平时所学的理论知识、概念，例如位置水头，压力水头等，有了具相的认识。最后，感谢老师对实验的耐心讲解，使我完了此次实验。