实验一流体静力学

实验一：流体静力学
一、实验目的
1.验证静力学的基本方程。

2.学会使用测压管与U 形测压计的量测技能。

3.理解绝对压强与相对压强及毛细管现象。

4.灵活应用静力学的基本知识进行实际工程量测。

二、实验原理
重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 静止流体中任意点的测压管
水头相等，即
const z =+
γP
（1.1）
同样静止流体在任意点的静压强也可以写成如下形式：h 0γ+=P P (1.2) 式中：z 被测点在基准面的相对位置高度； p 被测点的静水压强，用相对压强表示，下同；
0P 水箱中液面的表面压强； γ——液体的重度；
h ——U 形管中液面上升的高度。

对装有水油U 型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系：
2100h h h
+=
=
ωγγS (1.3)
使用仪器：盛水密闭容器、连通管、测压管、U形测压管、真空测压管、通
气阀、截止阀、加压打气球、减压阀等。

使用材料：油、水
四、实验步骤
记录数据：
记下测点标高▽a=2.10、▽b=-2.90、▽c=-5.90。

基准标高选在仪器的底部。

水溶重9.08×10-³/cm ³。

步骤：
P=0，测▽0、▽H。

（▽0:液面高程，▽H测压管液面高程）。

打开通气0
阀，使水箱液面与大气相通，此时=0（▽=▽H）。

P＞0，共连续加压3次，每次测定▽0、▽H 。

P＜0，共连续减压3次，每次测定▽0、▽H。

油容重的测定：
1、测定计1h：测3次▽0、▽H，计算=1h│▽0-▽H│。

关闭通气阀，大气加压是U型管内的水面与油水界面齐平，测▽0、▽H。

2、测计2h：公测3次，▽0、▽H,计算2h=|▽0-▽H|，关闭通气阀，大开放水阀慢慢放水，直到U型管的水面与油面齐平，关闭放水阀，测▽0、▽H。

1.流体静压强测量记录
2.油容重测量记录
六、实验结果及分析
1.实验结果：
1）在验证流体静压强的试验中，有实验数据可知，结果满足流体静压强的理论结果。

实验正确
2）在油容重的测量实验中，加压和加压条件下经过211h h h +⨯=
水
γγ计算得，γ= 2.实验分析：
1)为避免毛细管现象的影响，在测压管的读书上如何减少误差？ 答：待液面稳定后，应以凹液面为准惊醒读数。

2)静止流体中，不同断面测压管水头线如何变化？
答：静止流体中，不同断面上测压管水头线在坐标纸上位一条水平线，没有变化。

实验二：沿程水头损失
一、实验目的
1.加深理解圆管层流和紊流的沿程水头损失随流速变化的规律。

2.掌握管道沿程水头损失的测量方法。

3.掌握管道沿程阻力系数的测量技术及压差计的测量方法。

4.分析沿程阻力系数与雷诺数Re 的关系。

二、实验原理
由达西公式 得 ()
Q
h K Q L gdh L dh f
f f v 2/d 242212
g 2
===
πλ L d g K 84
2π= （1.1）
另有能量方程对水平等直径圆管可得 )(21p p h f -=（1.2） 压差可由压差计或电测。

对于多管式水银压差有下列关系： m m
f h h h h h p p h ∇=-+--=-=
6.12))(1(
34122
1ω
ω
γγγ )(3412h h h h h m -+-=∇（1.3）
式中，m γ、ωγ分别为水银和水的容重；为汞柱总差
三、实验装置
沿程损失实验损失实验仪器由自循环供水器（循环水泵）、供水阀、旁通阀、无极调速器、试验管道、水封器、压力传感器、电测仪、压差计（气阀、滑动测量尺）、流量调节器、接水盒、回水管等组成。

四、实验步骤
（一）实验准备
1.检查实验装置。

看实验设备是否连接完善。

2.开启所有阀门，（包括进水阀、旁通阀、流量调节阀）。

3.打开防尘罩，通电。

4.排气。

1) 测压架端软管排气：连续开关旁通阀数次，待水从测压架中经过即可。

排气完毕，打开旁通阀。

若测压管内水柱过高，可打开测压架顶部放气阀，（所有阀门都打开，）水柱自动降落，至正常水位拧紧放气阀即可。

2) 传感器端软管排气：关闭流量调节阀，打开传感器端排气阀，传感器内连续出水，关闭排气阀，排气完成。

3) 关闭流量调节阀，观察测压架内两水柱是否齐平，不平，找出原因并排除；齐平，实验准备完成，实验开始。

（二）层流实验
5.全开进水阀、旁通阀，微开流量调节阀，当实验管道两点压差小于2cm(夏天)~3cm（冬天）时，管道内呈层流状态，待压力稳定，测量流量、温度、测压管内压差。

6.改变流量3~5次，重复上述步骤。

其中第一次实验压差，逐次增加。

（三）紊流实验
7.关闭流量调节阀，将电测仪读数（即管道两测点压差）调零。

8.夹紧测压架两端夹子，防止水流经测压架。

9.全开流量调节阀、进水阀，适当关小旁通阀开度，增大实验管道内流量，待流量稳定之后，测量流量、温度、电测仪读数（即实验管道两测点压差）。

10.改变流量3~5次，重复上述步骤。

其中第一次实验压差，逐次增加，直至流量最大。

（四）实验完成，打开所有阀门，关闭电源。

五、实验数据
1．记录有关常数 圆管直径d=0.65cm 测量段长度 l = 85cm
常数K=l d 8/g 52
π
=25s /cm 2.实验记录及计算表
计算原理： Re=v vd /=4Q/∏d v
=0.01775/（1+0.0337T+0.000221²T²） =4Q/πd² g=980cm/s²
v 、λ保留四到五位有效数字。

K 保留三位。

Re 为整数。

其余两位。

3．绘图分析：
根据实验数据成果分别绘制f lgh ～lgv 曲线，并确定指数关系值的大小。

在厘米纸
上以为横坐标，以为纵坐标，点绘所测的f lgh ～lgv 关系曲线，根据具体情况连成一段或几段直线，求厘米纸上直线的斜率1
21lg lg lg v v h lgh m f f2--=。

将从图上求得的值与已知各流区的值(即层流m=1，光滑管流区m=1.75，紊流过渡区1.75<m<2.0，粗糙管紊流区)进行比较，确定流区。

六、实验结果及分析
根据实测值m 判断本实验的流区
f lgh ～lgv 曲线的斜率m = 1. 0～1. 8，即f h 与8.10.1-v 成正比，表明流动为层流，紊流光
滑区和紊流过渡区，而未达到阻力平方区。