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1、2流体静力学综合型实验流体静力学综合型实验一、实验目的和要求1.掌握用测压管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；3.测定油的密度；4.通过对诸多流体静力学现象的实验观察分析，加深流体静力学基本概念理解，提高解决静力学实际问题的能力。二、实验装置1实验装置简图实验装置及各部分名称如图 1 所示。p10986321cbaDCBA045711图.1流体静力学综合型实验装置图1.测压管2.带标尺测压管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：下述中的仪器部件编号均指实验装置图中的编号，如测管 2 即为图 1中
2、“2.带标尺测压管”。后述各实验中述及的仪器部件编号也均指相应实验装置图中的编号。32.装置说明(1)流体测点静压强的测量方法之一测压管流体的流动要素有压强、水位、流速、流量等。压强的测量方法有机械式测量方法与电测法，测量的仪器有静态与动态之分。测量流体点压强的测压管属机械式静态测量仪器。测压管是一端连通于流体被测点，另一端开口于大气的透明管，适用于测量流体测点的静态低压范围的相对压强，测量精度为 1mm。测压管分直管型和“U”型。直管型如图 1 中管 2 所示，其测点压强pgh，h 为测压管液面至测点的竖直高度。“U”型如图中管 1 与管 8 所示。直管型测压管要求液体测点的绝对压强大于当地
3、大气压，否则因气体流入测点而无法测压；“U”型测压管可测量液体测点的负压，例如管 1 中当测压管液面低于测点时的情况；“U”型测压管还可测量气体的点压强，如管 8 所示，一般“U”型管中为单一液体（本装置因其它实验需要在管 8 中装有油和水两种液体），测点气压为pg h，h 为“U”型测压管两液面的高度差，当管中接触大气的自由液面高于另一液面时h 为“+”，反之h 为“-”。由于受毛细管影响，测压管内径应大于 810 mm。本装置采用毛细现象弱于玻璃管的透明有机玻璃管作为测压管，内径为 8mm，毛细高度仅为 1mm 左右。(2)恒定液位测量方法之一连通管测量液体的恒定水位的连通管属机械式静态测
4、量仪器。连通管是一端连接于被测液体，另一端开口于被测液体表面空腔的透明管，如管 3 所示。对于敞口容器中的测压管也是测量液位的连通管。连通管中的液体直接显示了容器中的液位，用 mm 刻度标尺即可测读水位值。本装置中连通管与各测压管同为等径透明有机玻璃管。液位测量精度为 1mm。(3)所有测管液面标高均以带标尺测压管 2 的零点高程为基准；(4)测点 B、C、D 位置高程的标尺读数值分别以B、C、D表示，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 zB、zC、zD；(5)本仪器中所有阀门旋柄均以顺管轴线为开。3.基本操作方法：(1)设置 p0=0 条件。打开通气阀 4，此时实验装
5、置内压强 p0=0。(2)设置 p0 0 条件。关闭通气阀 4、放水阀 11，通过加压打气球 5 对装置打4气，可对装置内部加压，形成正压；(3)设置 p0 0 条件。关闭通气阀 4、加压打气球 5 底部阀门，开启放水阀 11放水，可对装置内部减压，形成真空。(4)水箱液位测量。在 p0=0 条件下读取测管 2 的液位值，即为水箱液位值。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pzCg或ghpp0式中：z 被测点相对基准面的位置高度；p 被测点的静水压强（用相对压强表示,以下同）；p0 水箱中液面的表面压强；液体密度；h 被测点的液体深度。2油密度测量原理方法一：测定油的密度o，简
6、单的方法是利用图 1 实验装置的 U 型测压管8，再另备一根直尺进行直接测量。实验时需打开通气阀 4，使 p0=0。若水的密度w为已知值，如图 2 所示，由等压面原理则有o1whHh1HAA8 80p =0 wo01w1wp01Hph281wh201wo1wp01Hph281wh202w2wpp02Hh28o(a)(b)图 2 油的密度测量方法一图 3 油密度测量方法二5方法二：不另备测量尺，只利用图 1 中测管 2 的自带标尺测量。先用加压打气球 5 打气加压使 U 型测压管 8 中的水面与油水交界面齐平，如图 3(a)所示，有01w1opghgH再打开减压放水阀 11 降压，使 U 型测压
7、管 8 中的水面与油面齐平，如图 3(b)所示，有02w2owpghgHgH 联立两式则有o112whhh四、实验内容与方法1.定性分析实验(1)测压管和连通管判定。按测压管和连通管的定义，实验装置中管 1、2、6、8 都是测压管，当通气阀关闭时，管 3 无自由液面，是连通管。(2)测压管高度、压强水头、位置水头和测压管水头判定。测点的测压管高度即为压强水头pg，不随基准面的选择而变，位置水头 z和测压管水头pzg随基准面选择而变。(3)观察测压管水头线。测压管液面的连线就是测压管水头线。打开通气阀 4，此时00p，那么管 1、2、3 均为测压管，从这三管液面的连线可以看出，对于同一静止液体，
8、测管水头线是一根水平线。(4)判别等压面。关闭通气阀 4，打开截止阀 7，用打气球稍加压，使0pg为 0.02m 左右，判别下列几个平面是不是等压面；a.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？6b.过 U 型管 8 中的油水分界面作一水平面，对管 8 中液体而言，这个水平面是不是等压面？c.过管 6 中的液面作一水平面，对管 6 中液体和方盒中液体而言，该水平面是不是等压强？根据等压面判别条件：质量力只有重力、静止、连续、均质、同一水平面。可判定上述 b、c 是等压面。在 a 中，相对管 1、2 及水箱中液体而言，它是等压面，但相对管 8 中的水或
9、油来讲，它都不是同一等压面。(5)观察真空现象。打开放水阀 11 减低箱内压强，使测管 2 的液面低于水箱液面，这时箱体内p0 0、p0 0 与 pB 0 条件下测量水箱液面标高0和测压管 2 液面标高H，分别确定测点 A、B、C、D 的压强 pA、pB、pC、pD。(2)油的密度测定拓展实验按实验原理，分别用方法一与方法二测定油的容重。实验数据处理与分析参考五。五、数据处理及成果要求1.记录有关信息及实验常数实验设备名称：实验台号：_实 验 者：_实验日期：_各测点高程为：B=10-2m、C=10-2m、D=10-2m基准面选在zC=10-2m、zD=10-2m2.实验数据记录及计算结果（参
10、表 1，表 2）73.成果要求(1)回答定性分析实验中的有关问题。(2)由表中计算的CCpzg、DDpzg，验证流体静力学基本方程。(3)测定油的密度，对两种实验结果作以比较。六、分析思考题1相对压强与绝对压强、相对压强与真空度之间有什么关系？测压管能测量何种压强？2测压管太细，对测压管液面读数造成什么影响？3本仪器测压管内径为 0.810-2m，圆筒内径为 2.010-1m，仪器在加气增压后，水箱液面将下降而测压管液面将升高 H，实验时，若近似以 p0=0 时的水箱液面读值作为加压后的水箱液位值，那么测量误差/H 为多少？七、注意事项1用打气球加压、减压需缓慢，以防液体溢出及油柱吸附在管壁上；打气后务必关闭打气球下端阀门，以防漏气。2真空实验时，放出的水应通过水箱顶部的漏斗倒回水箱中。3在实验过程中，装置的气密性要求保持良好。