流体静力学 中国石油大学(华东)流体力学实验报告DOC

实验一、流体静力学实验
一、实验目的：填空
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
1、在图1-1-1下方的横线上正确填写实验装置各部分的名称
本实验的装置如图所示。

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1-1-1 流体静力学实验装置图
2、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B ∇、C ∇、D ∇系测点B 、C 、D 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 ∇亦为B 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 在横线上正确写出以下公式
1．在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 形式之一：
p
z const γ
+
= （1-1-1a ）
形式之二：
h p p γ+=0 （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；
0p ——水箱中液面的表面压强； γ——液体重度；
h ——被测点的液体深度。

2. 油密度测量原理
当U 型管中水面与油水界面齐平（图1-1-2），取其顶面为等压面，有
01w 1o p h H γγ== （1-1-2） 另当U 型管中水面和油面齐平（图1-1-3），取其油水界面为等压面，则有
02w o p H H γγ+= 即
02w 2o w p h H H γγγ=-=- （1-1-3）
h 1
w
h 2
图1-1-2 图1-1-3
由（1-1-2）、（1-1-3）两式联解可得： 21h h H += 代入式（1-1-2）得油的相对密度o d
1
012
o w h d h h γγ=
=
+ （1-1-4） 根据式（1-1-4），可以用仪器（不用额外尺子）直接测得o d 。

四、实验要求 填空
1．记录有关常数 实验装置编号No. 5
各测点的标尺读数为：
B ∇= 2.1 cm ；
C ∇= -2.9 cm ；
D ∇= -5.9 cm ；
基准面选在标尺（测压管2）零读数； C z = -2.9 cm ； D z = -5.9 cm ； 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？
以0p =时为例： A H 0=0=0p Pa γ=∇-∇⨯（）9800
-2H 0=8.7510=857.5B p Pa γ=∇-∇⨯⨯（）9800
2H 0=13.7510=1347.5C p Pa γ-=∇-∇⨯⨯（）9800
2H 0=16.7510=1641.5D p Pa γ-=∇-∇⨯⨯（）9800
C C =10.85p z γ+，=10.85
D D p z γ
+，则C 、D 的(p
z γ+)为常数。

3．求出油的重度。

o γ= 8330 3
N /m
4．测出6#测压管插入小水杯水中深度。

6h ∆= 4.05 cm 5．完成表1-1-1及表1-1-2。

五、实验步骤
填空
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
开启箱底减压放水阀们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，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，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00=p )，记录水箱液面高标0∇和测压管的液面标高H ∇(此时0H ∇=∇)；
2)关闭通气阀4及截止阀8，加压使之形成00
p >，测记0∇及H ∇；
3)打开减压放水阀11，使之形成00<p (要求其中一次B
p γ
<，即H B ∇<∇)，
测记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o d 。

1)开启通气阀4，测记0∇； 2)关闭通气阀4，打气加压(0
0>p )，微调放气螺母使U 形管中水面与油水交界
面齐平(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(00<p ，使U 形管中的水面与油面齐平(图1-1-3)，测记00<p (此过程亦反复进行3次)。

六、注意事项（填空）
1．用打气球加压、减压需缓慢，以防液体溢出及油滴吸附在管壁上；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。

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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?
测压管水头就是实验中的/z p γ+，即测压管液面到基准液面的垂直高度，测压管水头线就是测压管水头液面连线，由实验可知，同一静止液体内的测压管水头线是根直线。

2．当B 0p <时，静压仪中的真空区域有哪些？
B 0p <即表1-1-1中最后一行数据，依此进行分析：
（1）测压管、连通管、水箱中水体为连通的，故以测压管所在液面1cm 作水平线，该线为等大气压线，则以上提及部位在水平线以上位置为真空区域;
（2）在右侧U 形测压管区域，液面以下9.65cm 处上部为真空区域，该高度与水箱内0H ∇-∇相等，与真空测压管高于烧杯液面高度相等；
（3）在真空测压管中高于烧杯9.65cm 的区域为真空区域。

3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定o d 。

在右侧U 形管区域，以右侧油水界面为基准，左侧的水的高度与右侧油的高度之比即水的重度与油的重度之比，即o o w
=
=
o w
w o
d P P γγ/h h /h h =
，量出w o h ,h 即可。

4．如测压管太细，对测量结果将有何影响?
会出现毛细现象，若用同一根管测量压差，无影响，原因是高低压均有毛细现象，测压差抵消了；否则影响准确性。

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?
由于8中含有油，其与1、2、水箱中介质不同，因此该水平面不全是等压面；
1、2、水箱中液体为同一等压面。