大学实验流体静力学

大学实验流体静力学
中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告
实验日期：成绩：
班级：石工10-12班学号：姓名：宋胜教师：王连英
同组者：邓向飞
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；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：
P 01=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：
P 02+W γH=0γH 即
P 02=-w γh 2=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各测点的标尺读数为：
B ?= -210m ?；
C ?= -210m ?；
D ?= -210m ?；
基准面选在测压管2标尺的0刻度线处；C z = -210m ?； D z =
-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= 3N/m
4．测出6#测压管插入小水杯水中深度。

6h ?= -210m ?
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
0液面标高（此时
=H?）。

（2）关闭通气阀4及截止阀7，用打气球加压使P0＞0，测记
及。

H
（3）打开减压放水阀11，使P0＜0（要求其中一次P b＜0，即H?＜,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
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,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
o
d。

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*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=*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
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。