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.  12   

各测点的标尺读数为：

=  2.1 ； =  -2.9 ；=  -5.9  ；

基准面选在  测压管的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。                      =  8275.1

4．测出6#测压管插入小水杯水中深度。   =   3.67

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PB＜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

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1-1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静力学基本方程。

 形式一：     =const    （1-1-1a）

               

 形式二：          （1-1-1b）

式中   z ————测点在基准面以上的位置高度；

       ————测点的静水压强（用相对压强表示，以下同）；  

       ————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1-2），取油水界面为等压面时，有：

另当U形管中水面与油面齐平（见图1-3），取油水界面为等压面时，有：

                     （1-1-2）

      

即                   （1-1-3）

图1-2                                    图1-3

由式（1-1-2）、式（1-1-3）两式联立可解得：

        

代入式（1-1-2）可得油的相对密度为：

                （1-1-4）

根据式（1-1-4），可以用仪器（不用额外尺子）直接测得.

四、实验要求

1．记录有关常数                                    实验装置编号No. 2  

各测点的标尺读数为：

=2.1 ；   =- 2.9  ；   =   - 5.9     ；

基准面选在测压管2零读数所在平面  ； =- 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。

由表（1-1）可知：

  （1）时  =0.0      =1004.5  =1494.5   =1788.5 

                

 （2）时=2597   =3601.5     =4091.5      =4385.5 (按第一组数据)

                

（3）时=  -343   =656.6      =1146.6       =1440.6 (按第一组数据)

    由表1-1中最后的测压管水头一栏得知，（）为常数。

3．求出油的重度。                      =  8290.8 

4．测出6#测压管插入小水杯水中深度。   =  3.50     

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和表1-2）

4.测量点静压强。

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

（2）关闭通气阀4及截止阀7，用打气球加压是＞０，测记▽。及▽H 。

（3）打开减压放水阀１１，使＜０（要求其中一次＜０，即▽H＜▽B），测记▽。及▽H。

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

（1）开启通气阀4，测记▽。。

（2）关闭通气阀4，用打气球加压（>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▽。及▽H（此过

程反复进行三次）。

（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（＜０），使U形管中水面与油水界面齐平（见

图1-3），测记▽。及▽H（此过程亦反复进行三次）。

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

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表示位置水头和压力水头之和，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。测压水头线是指测压管液面的连线，同一静止液面的测压管水头线为一水平线，表示一等压力势能的面。

2．当时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。

答：= - 0.9 < 0

以当时，第3次B点量测数据（表1.1）为例，此时，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6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：（1）先将5 加压打气球打开，保证水箱上方气压等于大气压。

    （2）以油水界面的水平线为起始面，用直尺分别测量水柱和油柱的高度分别计作  和。

    （3）计算    

 

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，测压管液面因毛细现象而升高，会造成测量误差，但是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：这个水平面不是等压面.8中U形测压管为油，1、2中为水，等压面只能为同一种液体。以C点作一水平面，管1、2为同一等压面。

八、心得体会

   通过本次试验，我学会使用液式测压计测量流体静力学实验的方法，更好地掌握了液式测压计的原理，并且加深了对位置水头、压力水头、测压管水头和等压面等知识的理解和运用。相信通过本次试验，我对流体静力学这部分知识的认识有了更进一步的认识和提高。也验证了流体在重力作用下的平衡作用，很好的将基本理论与实验联系起来。