静水压强量测实验

静水压强量测实验

一、实验目的要求、

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、通过对诸多流体静力学现象的实验分析研讨，进一步提高解决静力学实际问题的能力。

4、巩固绝对压强、相对压强、真空度概念。

二、实验装置、

图1.1 静水压强实验装置图

1、测压管；2、带标尺测压管；3、连通管；4、真空测压管；5、U型测压管； 6、通气阀；7、加压打气球； 8、截止阀；9、油柱；10、水柱；11、减压放水阀。

说明：

1、 所有测压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

程的基准点，则B、C、D亦为zB、zC、zD； 3、 本仪器所有阀门旋柄顺管轴线为开。

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为：

pz+  =const 或： pp0h （1.1） 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；

 —— 液体容重；

h —— 被测点的液体深度。

另对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面原理可得油的比重s0有下列关系：

0h1 s0=  = h1h2 （1.2）

1

据此可用仪器直接测得s0

四、实验方法与步骤、

1、搞清仪器组构及其用法，包括：

1）阀门开关；

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 —— 开启筒底阀11放水；

4）检查仪器是否密封 —— 加压后检查测管1、2、5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、记录仪器编号及各常数（记入表1.1）。 3、量测点静压强（各点压强用厘米水柱高表示）。

1）打开通气阀6（此时p0=0），记录水箱液面标高0和测管2液面标高H（此时0=H）； 2）关闭通气阀6及截止阀8，加压使形成p0＞0，测记0及H；

pB3）打开放水阀11，使形成p0＜0（要求其中一次＜0，即H＜B），测记0及H。

4、测出4# 测压管插入小水杯中的深度(现场)。 5、测定油比重s0。

1）开启通气阀6，测记0；

2）关闭通气阀6，打气加压（p0＞0），微调放气螺母使U型管中水面与油水交界面齐平（图1.2），测记0及H（此过程反复进行三次）；

3）打开通气阀，待液面稳定后，关闭所有阀门；然后开启放水阀11降压（p0＜0），使U型管中的水面与油面齐平（图1.3），测记0及H（此过程亦反复进行三次）。

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五、实验成果及要求、

1、记录有关常数 实验台号：No. 各测点标尺读数为：

B= cm C= cm D= cm

w= 9.8×10-3 N/cm3

2、分别求出各次测量时A、B、C、D点的压强，并选择一基准面验证——同一静止液体内的

pz）为常数。 任意二点（C、D）的（

3、求出油的容重。 0 = 0.0080 N/cm3

六、实验分析与思考题、

1、实验分析：

1）若再备一根直尺，如何采用最简便的方法测定0 ？

最简单的方法是，用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度

hw和h0，由式whw0h0求得0。

2）如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响 ？

设被测液体为水，如测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，会造成测量误差，毛细高度由下式计算：

式中，为表面张力系数；为液体容重；d为测压管内径；h为毛细升高。

常温（t=20℃）的水，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm3。水与玻璃的浸润角很小，可认为cos=1.0。于是有

h29.7d （h、d单位均为mm）

一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可忽略不计。另外，当水质不洁时，减小，毛细高度也较静水小；当采用有机玻璃管作测压管时，浸润角较大，其h较普通玻璃管小。 如果用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，互相抵消了。

3）过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是否等压面？哪一部分液体是同一等压面？不全是等压面，他仅相对管1、2及水箱中的而言，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

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液体；⑤同一水平面。上述问题中，管5与水箱之间不符合条件④，因此，相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是等压面。

2、实验思考题：

1）同一静止液体内的测管水头线是一根什么线？

2）当pB＜0时，试根据记录数据，确定真空度大小及所在区域。

量测实验七 动量方程验证实验

一、实验目的、

1、验证不可压缩流体恒定总流的动量方程；

2、通过对动量与流速、流量、出射角度、动量矩等因素间相关性的分析研究，进一步掌握流体动力学的动量守恒定理； 3、测定动量修正系数。

二、实验装置、

图1.1 动量方程实验装置图

1、自循环供水器；2、实验台；3、可控硅无级调速器；4、水位调节阀；5、恒压水箱； 6、管嘴；7、集水箱；8、带活塞的测压管；9、带活塞和翼片的抗冲平板；10、上回水管。

三、实验内容与原理、

1、计算机CAI实验教学模拟。

2、测量活塞中心点的静水压强来计算水流的冲力：利用自动反馈原理，使实验过程中达到需要测量的静水作用力与射流的冲击力自动平衡。射流冲击在平板上的冲力全部作用在活塞体中，当活塞处于稳定位置时，只需测得活塞所受到的静水作用力，便可足够精确地得知射流的冲击力。

3、恒定总流动量方程为

vvF Q (2211)

图 1.2 图 1.3

取隔离体如图1.3所示，因滑动摩擦阻力水平分力fx＜ 0.5%FX，可忽略不计，故x方向的动量方程化为 即

FxpcA.hc4D2Q（01v1x）

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1Q v1x4.hcD20

式中： hc—— 作用在活塞形心处的水深；

D—— 活塞直径； Q —— 射流流量；

v1x—— 射流速度； 1—— 动量修正系数。

实验中，在平衡状态下，只要测得流量Q和活塞形心水深hc，由给定的管嘴直径d和活塞直径D代入上式，便可率定射流的动量修正系数1值，并验证动量定律。其中，测压管的标尺零点已固定在活塞的圆心处，因此液面标尺读数即为作用在活塞圆心处的水深。

4、测定本实验装置的灵敏度：

为验证本装置的灵敏度，只要在实验中的恒定流受力平衡状态下，人为地增、减测压管中的液位高度，可发现即使改变量不足总液柱高度的5‰(约0.5～l mm)，活塞在旋转下亦能有效地克服动摩擦力而作轴向位移，开大或减小窄槽c，使过高的水位降低或过低的水位提高，恢复到原来的平衡状态。这表明该装置的灵敏度高达0.5％，亦即活塞轴向动摩擦力不足总动量力的5‰。

四、实验方法与步骤、

1、准备——熟悉实验装置各部分名称、结构特征、作用性能，记录有关常数。 2、开启水泵——打开调速器开关。调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后进行实验

3、确认测压管垂直已调整好。如果测压管位置不垂直，待恒定水箱满顶溢流后，松开测压管固定螺丝，调整方位，要求测压管垂直、螺丝对准十字中心，使活塞转动松快，然后旋转螺丝固定好。再不要随意松动

4、测读水位——标尺的零点已固定在活塞圆心的高程上。当测压管内液面稳定后，记下测压管内液面的标尺读数，即hc值。

5、测量流量——用体积法或重量法测流量时，每次时间要求大于3秒，若用电测仪器测量时，则需在仪器量程范围内。重复测三次再取均值。

6、改变水头重复实验——逐次打开不同高度上的溢水孔盖，改变管嘴的作用水头。

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7、使用SL数据处理程序计算数据（体积值可将测得的流量用时间为1秒记入）

五、实验成果及要求、

1、记录有关常数： 实验台号No. 管嘴内径d= 1.198 cm， 活塞直径D = 1.990 cm 2、编制实验参数记录、计算表格并填入实验参数（见表3.1）。

3、取某一流量，绘出隔离体图，阐明分析计算的过程（参见图3.2，3.3及表3.1）。

表1.1 测量记录表及计算表

测 次 体积 V 时间 T 管嘴作活塞作 流量 Q 用水头 用水头 H 0 流速 v 动量力 F 动量修正系数 1 2 3 4 5 6 六、实验分析与讨论、

1、实测与公认值（=1.02～1.05）符合与否？试分析原因。实测=1.0342，与公认值符合良好。

（如不符合，其最大可能原因之一是翼轮不转所致。为排除此故障，可用4B铅笔芯涂抹活塞及活塞套表面）。

2、带翼片的平板在射流作用下获得力矩，这对分析射流冲击无翼片的平板沿x方向的动量方程有无

影响？为什么？

无影响。因带翼片的平板（图1.4）垂直于x轴，作用在轴心上的力矩T是由射流冲击平板时，沿 yz平面通过翼片造成动量矩的差所致，即

TQ vyz2cos2r2Q vyz1cos1r1Q vyz2cos2r2

式中

Q —— 射流的流量；

vyz1—— 入流速度在yz平面上的分速；

vyz2—— 出流速度在yz平面上的分速；

1 —— 入流速度与圆周切线方向的夹角，接近900；

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2 —— 出流速度与圆周切线方向的夹角；

r1.2 —— 分别为内、外圆直径。

图 1.4

该式表明力矩T 恒与x方向垂直,动量矩仅与y z平面上的流速分量有关。也即是说平板上附加翼片后，尽管在射流作用下可获得力矩，但并不会产生x方向的附加力，也不会影响x方向的流速分量。所以x方向的动量方程与平板上设不设翼片无关。

3、通过细导水管的分流，其出流角度与v2相同，试问对以上受力分析有无影响？

无影响。

当计及该分流影响时（图1.3），动量方程为 ∵ v2xv3x0 ∴ 即

.hc4D21.Q.v1x

1.Qv1x4.hcD20该式表明只要出流角度与v1垂直，则x方向的动量方程与设置导水管与否无关。

七、实验报告要求、

1、用16开纸书写，卷面整洁，计算表格、曲线、图形等正规化。 2、说明成果计算和整理过程、主要计算公式及常数的取值。 3、根据所学理论对实验中的现象、问题进行分析。

八、思考题、

1、通过细导水管的分流，其出流角度与v 2相同，试问对以上受力分析有无影响? 2、对管咀出流的动量修正系数理论值进行试分析。

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