流体静力学实验报告

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B ∇，C ∇，D ∇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B ∇，C ∇，D ∇亦成为C z ，C z ，D z 。

(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：

p

z γ

+=const （1-1-1a ）

形式二：

P=P 。+γ （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； 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：

P01=w γ=0γH (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+W γH=0γH

即

P02=-w γh2=0γH-W 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：

B ∇= 2.1 -210m ⨯；

C ∇= -2.9 -210m ⨯；

D ∇= -5.9 -210m ⨯； 基准面选在 测压管的0刻度线处 ； C z = -2.3 -210m ⨯；

D z = -5.9 -210m ⨯；

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(p

z γ

+

)是否为常数. 3．求出油的重度。 o γ= 8275.1 3N/m 4．测出6#测压管插入小水杯水中深度。 6h ∆= 3.67 -210m ⨯ 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0∇和测压管2的液面标高（此时0∇=H ∇）。

（2）关闭通气阀4及截止阀7，用打气球加压使P0＞0，测记0∇及

H ∇。

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

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1-1-2），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。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根等压面的投影形成的水平线。

2．当

B 0

p<时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。答：当

B 0

p<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

o

d。

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。