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中國石油大學 華東 石油工程實驗教學中心 流體力學實驗 系列教學課件 流體靜力學實驗 中國石油大學 華東 石油工程實驗教學中心 主講教師 倪玲英 一 實驗目的要求 掌握用測壓管測量流體靜壓強的技能 驗證不可壓縮流體靜力學基本方程 通過對諸多流體靜力學現(xiàn)象的實驗分析研討 進一步提高解決靜力學實際問題的能力 測量壓強的儀器 基本方程是什么 物理意義 二 實驗裝置 測壓管 帶標尺的測壓管 液面計 真空測壓管 U形測壓管 加壓打氣球 通氣閥 截至閥 油柱 水柱 減壓放水閥 圖1 三 實驗原理 重力作用下不可壓縮流體靜力學基本方程 或 壓力水頭 速度水頭 三 實驗原理 圖2 圖3 測定油的相對密度do 四 實驗方法與步驟 1 各閥門的開關 Step1 搞清儀器組成及其用法 包括 2 加壓方法關閉所有閥門 包括截止閥 然后用打氣球充氣 3 減壓方法開啟減壓放水閥放水 4 檢查密封加壓后檢查測管液面高程是否恒定 若下降 表明漏氣 應查明原因并加以處理 四 實驗方法與步驟 Step2 記錄儀器編號及各常數(shù) Step3 量測點靜壓強 壓強用cmH2O表示 打開通氣閥 記錄 0和 H 打開放水閥 降壓 要求其中一次pB 0 測記 0及 H p0 0 p0 0 p0 0 關閉通氣閥及截止閥 加壓 測記 0及 H 0 H H B 思考 此時實驗儀器中存在負壓的區(qū)域 四 實驗方法與步驟 Step4 測出真空測壓管插入小水杯中的深度 Step5 測定油的相對密度do 1 開啟通氣閥 使得p0 0 2 關閉通氣閥 打氣加壓 微調(diào)放氣螺母使U形管中水面與油水交界面齊平 圖2 測記 0及 H 3 打開通氣閥 待液面穩(wěn)定后 關閉所有閥門 然后開啟放水閥降壓 使U形管中的水面與油面齊平 圖3 測記 0及 H 此過程反復進行3次 此過程亦反復進行3次 思考 假如有一根直尺 能否用更簡單的方法測量油的相對密度 關閉通氣閥 打開截止閥 加壓直至真空測壓管有氣泡冒出 測記 0及 H 五 實驗成果及要求 1 記錄有關常數(shù) 2 驗證水靜力學基本方程 3 求出油的相對密度 o N cm3 4 測出真空測壓管插入小水杯水中深度 h4 cm 實驗裝置臺號No B cm C cm D cm w N cm3 六 實驗分析與討論 1 同一靜止液體內(nèi)的測壓管水頭線是根什么線 2 當pB 0時 試根據(jù)記錄數(shù)據(jù)確定水箱內(nèi)的真空區(qū)域 3 若再備一根直尺 試采用另外最簡便的方法測定do 4 如測壓管太細 對測壓管液面的讀數(shù)將有何影響 5 過C點作一水平面 相對管1 2 5及水箱中液體而言 這個水平面是不是等壓面 哪一部分液體是同一等壓面 六 實驗分析與討論 1 同一靜止液體內(nèi)的測壓管水頭線是根什么線 測壓管水頭指z p 即靜水力學實驗儀顯示的測壓管液面至基準面的垂直高度 測壓管水頭線是指測壓管液面的連線 從實驗直接觀察可知 同一靜止液面的測壓管水頭線是一根水平線 六 實驗分析與討論 2 當pB 0時 試根據(jù)記錄數(shù)據(jù)確定水箱內(nèi)的真空區(qū)域 以p0 0時 第二次B點測量數(shù)據(jù) 表1 1 為例 此時pB 0 6cm 0 相應容器的真空區(qū)域包括以下三部分 1 過測壓管液面 h 1 2cm 做一水平面 由等壓原理知 相對測壓管及水箱內(nèi)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(qū)域 均為真空區(qū)域 2 同理 過箱頂小水杯的液面作一水平面 真空測壓管中 該平面以上的區(qū)域也是真空區(qū)域 3 在U形測壓管5中 自水面向下深度為12 8cm的一段水柱也是真空區(qū) 這段高度與測壓管液面低于水箱液面的高度相等 亦與真空測壓管液面高于水杯液面高度相等 均為12 8cm 六 實驗分析與討論 3 若再備一根直尺 試采用另外最簡便的方法測定do 最簡單的方法 是用直尺分別測量水箱內(nèi)通大氣的情況下 U形測壓管油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度hw和ho 由式 whw oho 從而求得do 六 實驗分析與討論 4 如測壓管太細 對測壓管液面的讀數(shù)將有何影響 一般說來 當玻璃測壓管內(nèi)徑大于10mm時 毛細管影響可以忽略不計 另外 當水質不好時 減小 毛細高度較純凈水也減小 當采用有機玻璃管作為測壓管時 浸潤角 較大 其h較普通玻璃小 如果用同一根測壓管測量液體相對壓差值 則毛細現(xiàn)象無任何影響 因為測量高低壓強時均有毛細現(xiàn)象 在計算壓差時 相互抵消了 六 實驗分析與討論 5 過C點作一水平面 相對管1 2 5及水箱中液體而言 這個水平面是不是等壓面 哪一部分液體是同一等壓面 不全是等壓面 它僅相對于1 2及水箱中的液體而言 這個水平面才是等壓面 因為只有全部具備下列5個條件的平面才是等壓面 1 重力液體 2 靜止 3 連通 4 連通介質為同一均勻液體 5 同一水平面 而管5與水箱之間不符合條件 4 因此 相對管5和水箱中的液體而言 該水平面不是等壓面