流體靜力學實驗

實驗一、流體靜力學實驗

一、實驗目的

1.掌握用液式測壓計測量流體靜壓強的技能。

2.驗證不可壓縮流體靜力學基本方程，加深對位置水頭、壓力水頭和測壓管水頭的理解。

3.觀察真空度（負壓）的產生過程，進一步加深對真空度的理解。

4.測定油的相對密度。

5.通過對諸多流體靜力學現象的實驗分析，進一步提高解決靜力學實際問題的能力。

二、實驗裝置

本實驗的裝置如圖1-1所示。

1.測壓管；2.帶標尺的測壓管；3.連通管

4.通氣閥；5.加壓打氣球；6.真空測壓管

7.截止潤;8.U形測壓管；9.油柱

10.水柱；11.減壓放水閥

圖17流體靜力學實驗裝置圖

三、實驗原理

1.在重力作用下不可壓縮流體靜力學基本方程。

形式一：=const(l-1-la)

形式二:(l-1-lb)

式中z---------測點在基準面以上的位置高度；

--------測點的靜水壓強（用相對壓強表示，以下同）；

P。--------水箱中液面的表面壓強；

7---------液體的重度；

h---------測點的液體深度。

2.油密度測量原理。

當U形管中水面與油水界面齊平（見圖1-2）,取油水界面為等壓面時，有:

另當U形管中水面與油面齊平（見圖1-3）,取油水界面為等壓面時，有：

P。「八h=7°H（1"-2）

PJ九H=r0H

=-

即Po2/Wh2=r0H-/WH⑴⑶

由式（1-1-2）、式（1-1-3）兩式聯立可解得:

H=h+h?

代入式（1-1-2）可得油的相對密度為:

卜

&=乙=(1-1-4)

“八h+h?

根據式（1-1-4）,可以用儀器（不用額外尺子）直接測得.

四、實驗要求

1.記錄有關常數實驗裝置編號N。.2

各測點的標尺讀數為：

222

VB=2JxlOm；Vc=-2,9xlOm；VD=-5.9xlOm；

2

基準面選在測壓管2零讀數所在平面；zc=-2.9xlO-m；-5.9

xlO2m；

分別求出各次測量時,A.B.C.D點的壓強，并選擇一基準驗證同一靜止液體內的任意二點

仁口的（）是否為常數。

由表（1?1）可知：

（1）Po=0時p=0.0p=1004.5pp=1494.5p

p『788.5p.

(2)p°〉0時p=2597pp/3601?5億P「4091.5p.

p。=4385.5p（按第一組數據）

(3)Po<0時p=-343p=656.6pp=1146.6

〃“二1440.6p（按第一組數據）

由表1-1中最后的測壓管水頭一欄得知，（）為常數。

3.求出油的重度。=8290.8

4.測出6#測壓管插入小水杯水中深度。=3.50

5.完成表1-1及表1-2。

五、實驗步驟

1.了解儀器的組成及其用法，包括：

（1）各閥門的開關。

（3）（2）加壓方法：關閉所有閥門（包括截止閥），然后用打氣球充氣。

減壓方法：開啟筒底減壓放水閥11放水。

檢查儀器是否密封：加壓后檢查測壓管128的液面高程是否恒定。若下降，則表明漏氣,

應查明原因并加以處理。

2.記錄儀器編號及各常數。

3.進行實驗操作，記錄并處理實驗數據（見表1?1和表1?2）

4.測量點靜壓強。

（1）打開通氣閥4（此時=0）,記錄水箱液面標高▽＜＞和測壓管2的液面標高“H

（此時V。=▽#O

（2）關閉通氣閥4及截止閥7,用打氣球加壓是＞0,測記及VHo

（3）打開減壓放水閥11,使V0（要求其中一次V0,即▽HCVB）,測記及

VHo

5.測出測壓管6插入小水杯中水的深度。

6.測定油的相對密度〃

（1）開啟通氣閥4,測記。

（2）關閉通氣閥4,用打氣球加壓（＞0）,微調放氣螺母使U形管中水面與油水界

面齊平（見圖1-2）,測記V。及VH（此過

程反復進行三次）。

（3）打開通氣閥4,待液面穩定后，關閉所有閥門，然后開啟減壓放水閥11降壓（

V0）,使U形管中水面與油水界面齊平（見

圖1-3）,測記及VH（此過程亦反復進行三次）。

六、注意事項

1.用打氣球加壓、減壓需緩慢，以防液體溢出及油珠吸附在管壁上。打氣后務必關閉加

壓打氣球下端的閥門，以防漏氣。

在實驗過程中，裝置的氣密性要求保持良好。

表1-1流體靜反遜I后記錄及計算表

壓力水頭測壓管水頭

水箱液面測壓管2液面

V牛―u，+生

實驗條件次序nVH7=VH-VO—=v-v7=v?-vc

yHB-1/y

7(102m)/（10'm）

/(IO：m)

%=0112.3512.350.0010.2515.2518.2512.3512.35

1123538.8526.5036.7541.7544.7538.8538.85

Po>0

212.3522.9010.5520.8025.8028.8022.9022.90

34

112308.80-3.506.7011.7014.708.808.80

P）<0

212.255.10-7.153.008.0011.005.105.10

（其中一次

Pi<0）312.201.10-11.10-1.004.007.001.101.10

表1-2油相對密度測量記錄及計算表

水箱液面測壓管2液面h：

條件

V.1/（IO：m）/(IO2m)/(10:in)/(IO2m)/(IO：in)"幾hi+h：

/

“0>0且u112.2028.8016.60

型管中水面與212.2028.8516.6516.63

油水交界面齊

平312.2028.8516.65

/0.846

112.159.103.05

p0<0且u//

2

型管中水面與12.159.252.93.02

油面齊平312.109.003.1

七、問題分析

1.同一靜止液體內的測壓管水頭線是根什么線？

答：同一靜止液體內的測壓管水頭表示位置水頭和壓力水頭之和，即崢水力學實驗儀

顯示的測壓管液面至基準面的垂直高度。測壓水頭線是指測壓管液面的連線，同一靜止液面

的測壓管水頭線為一水平線，表示一等壓力勢能的面。

2.當時，試根據記錄數據確定水箱內的真空區域。

答:=-0.9<0

以當時，第3次B點量測數據（表1.1）為例，此時，相應容器的真空區域包括以下3

三部分：（1）過測壓管2液面作一水平面，由等壓面原理知，

相對測壓管2及水箱內的水體而言，該水平面為等壓面，均為大氣壓強，故該平面以上由密

封的水、氣所占的空間區域，均為真空區域。（2）同理，過箱頂小杯的液面作一水平面，

測壓管6中該平面以上的水體亦為真空區域。（3）在測壓管8中，自水面向下深度為

的一段水