流体力学流体静力学实验

中国石油大学（华东） 工程流体力学 实验报告

实验日期： 成绩：

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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。

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 流体静力学实验装置图

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 形式之一：

pz??cγ (1-1a)

形式之二：

p?p0?γh (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）；

p0——水箱中液面的表面压强；

γ——液体重度；

h——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（见图1-1-2），取油水界面为等压面时，有：

p01?γwh1?γoH (1-1-2)

另当U型管中水面和油面齐平（图1-3），取其油水界面为等压面，则有

p02?γwH?γoH即

p02??γwh2?γoH?γwH (1-1-3)

图1-2 图1-3

由（1-1-2）、式（1-1-3）两式联解可得：

H?h1?h2

代入式（1-1-2）得油的相对密度do

do??o??h1h1?h2 (1-1-4)

据此式（1-1-4）,可以用仪器（不用额外尺子）直接测得do

四、实验要求

1．记录有关常数。 实验装置编号No. 8 各测点的标尺读数为：

-2-2-2 ?B= 2.1 ?10m； ?C= -2.9 ?10m； ?D= -5.9 ?10m；

基准面选在 测压管2标尺零点所在平面 ； zC= -2.9 ?10-2m； -5.9 ?10-2m；

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(z?pzD= ?)是否为常数？

答：以（p0＞ 0）的第一组为例

（1）计算A、B、C、D点的压强，具体步骤如下：

?2-2-2-2?0=11.80?10m；?H?20.10?10m；?B=2.1?10m；?C= -2.9?10m；

?D= -5.9?10-2m；zC= -2.9?10-2m；zD= -5.9?10-2m；

??H??0??20.10?11.80??10??H??B??20.10?2.10??10??H??C??20.10?2.9??10??H??D??20.10?5.9??10?2pA?pB?8.30?10?18.00?10?2mm； ；

?2?2?pC?2?pD?23.00?10?26.00?10?2m；

?2?2?m；

同理，得出其余各次测得的压强值，如表1-1所示。 （2）将基准面选在测压管2标尺零点所在平面 C点：zC?D点：zD?pC?pD???2.9?23.00??10???5.9?26.00??10?2?20.10?10?20.10?10?2mm； ；

p?2?2?可见C，D两点z?p?为一常数，同理，计算出其余各次的z??，如表1-1所示，

p可发现选择此基准时，同一静止液体内的任意二点C、D的(z??)均为常数。

3．求出油的重度。 ?o= 8.26?103N/m3

解题过程：

?p0?0?第一组中：?0=11.65?10-2m ；?H?24.80?10?2m； h1??H??0??24.80?11.65??10?2?13.15?10?2m； 同理得h2?13.15?10?2m；h3?13.55?10?2m；

H1?h1?h2?h33?13.15?13.15?13.553?2?10?2?13.28?10?2m；

?p0?0?第一组中：?0=11.60?10-2m ；?H?9.15?10?2m；

?2.45?10?2h1??0??H??11.60?9.15??10m；

同理得h2?2.50?10?2m；h3?2.47?10?2m；

H2?d0?h1?h2?h33?2.45?2.50?2.473?13.28?10?2?10?2?2?2.47?10?0.843?2m；

?0?W?H1H1?H213.28?10?2.47?10?2；

?o??W?d0?9800?0.843?8.26?103N/m3

4．测出6#插入小水杯水中深度。 ?h6= 4.25 ?10-2m

解题过程：?0=11.55?10-2m ；?H?15.80?10?2m；

?h6??H??0??15.80?11.55??10?2?4.25?10?2m

5. 完成表1-1及1-2。.

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：开启筒底减压阀11放水。

4）检查仪器是否密封：加压后检查测管l，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???)，记录水箱液面标高?0和测压管2液面标高?H

(此时?0 ??H)。

2)关闭通气阀4及截止阀7，用打气球加压使之形成p0 ??0，测记?0及?H。 3)打开减压放水阀11，使p0??? (要求其中一次p???，即?0??H), 测记

B?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do。

1)开启通气阀4，测记?0。

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1-2)，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；然后开启放水阀11降压 (p0???)，使U形管中的水面与油面齐平(图1-1-3)，测记 ?0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。打气后务必关闭打气球下端的阀门，以防漏气。

2．在实验过程中，装置的气密性要求保持良好。

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