流体静力学+热工1003+14+

中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告

实验日期：2012年3月14日成绩：

班级：热工10-3班学号：10123314 姓名：张有福教师：王连英

同组者：毛欢、白申杰

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形测压管；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：

const p

z =+

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

2

11

00h h h d w +=

=

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.4

各测点的标尺读数为：

B ∇=2.1cm ；

C ∇=-2.9cm ；

D ∇=-5.9cm ；

基准面选在测压管2的0刻度线 ； C z =-2.9cm ； D z =-5.9cm ；

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？

验证见下表表1-1-1 流体静压强测量记录及计算表 得任意二点C 、D 的(p

z γ

+

)为常数。

3．求出油的重度。 o γ= 8330 3N/m

4．测出6#测压管插入小水杯水中深度。 6h ∆=5.16cm

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l 、2、8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 )，记录水箱液面标高0∇和测管2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00p >，测记0∇及H ∇； 3)打开减压放水阀11，使之形成00

B

0p 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(00>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

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。

5

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?

测压管水头指z+p/y ，即静力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压 管水头线指测压管液面的连线。从实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是 一根水平线。

2．当B 0p <时，静压仪中的真空区域有哪些？

以第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（包括管3）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中该平面以上的区域亦为真空区域。 （3）在测压管3中，自水面向下深度为12.69cm 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4液面高于小水杯液面高度相等，均为 12.69cm 。

3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定o d 。

最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管8油水界面至水面和油水 界面至油面的垂直高度w h 和o h ，由式 o o w w h h γγ=，从而求得o d 。

4．如测压管太细，对测量结果将有何影响?

一般说来，当玻璃测压管的内径大于10mm 时，毛细影响可略而不计。另外，当水 质不好时，σ减小，

毛细高度亦较净水也减小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角θ 较 大，其h 较普通玻璃管小。

如果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?

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。因为只有全部具备下列5个条件的平面才是等压面：

（1） 重力液体； （2） 静止； （3） 连通；

（4） 连通介质为同一均质液体； （5） 同一水平面

而管8与水箱之间不符合条件（4），因此，相对管8和水箱中的液体而言，该水平面不是等压面。 八、心得体会

这是我第一次接触流体力学的实验，老师给我们演示的有趣的实验现象深深的吸引了我。这也是我第一次写电子版的实验报告，