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. 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、实验原理

1．在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程

z C g

ρ+

= 或 gh p p ρ+=0 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）； p 0 —— 水箱中液面的表面压强；

ρ —— 液体密度； h —— 被测点的液体深度。三、实验内容与方法

1. 定性分析实验

(1) 测压管和连通管判定。

(2) 测压管高度、压强水头、位置水头和测压管水头判定。 (3) 观察测压管水头线。 (4)判别等压面。 (5) 观察真空现象。

(6) 观察负压下管6中液位变化 2. 定量分析实验 (1) 测点静压强测量。

根据基本操作方法，分别在p 0 = 0、p 0 > 0、p 0 < 0与p B < 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p A 、p B 、p C 、p D 。

实验数据处理与分析参考四。四、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：静力学实验仪实验台号：__No.1___ 实验者：____________A1组7人_______实验日期：_5月7号_

各测点高程为：?B = 2.1 ?10-2m 、?C = -2.9 ?10-2m 、?D = -5.9 ?10-2m 基准面选在 2号管标尺零点上 z C = -2.9 ?10-2m 、z D = -5.9 ?10-2m 2. 实验数据记录及计算结果（参表1，表2） 3. 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C C p z g ρ+

、D D p

z g

ρ+，验证流体静力学基本方程。答：实验结果表明C C p z g ρ+

=D D p

z g

ρ+，由于C 点和D 点在任意不同深度位置，因此验证了流体的静力学的基本方程C g

Z =+

ρ。五、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？

答：①绝对压强：以绝对零压为起点计算的压强或完全真空状态下的压强为基准计算的压强。常用abs P 表示

相对压强：或称为表压强，简称表压，是指以当地大气压a P 为基准计算的压强。常用P 表示。当所测量的系统的压强等于当时当地大气压时，压强表的指针为0，也就是表压为0。

绝对压强恒大于等于零，而相对压强值可正可负可为零。两者的关系：a abs P P P -=

②真空度v P ，当被测量的系统的绝对压强小于当时当地的大气压时，当时当地的大气压与系统绝对压之差，称为真空度。此时所用的测压仪表称为真空表。真空度可以用水柱高度来表示，即v v gh P P ρ=-=（式中v h 为真空高度）

③测压管能测相对压强。

2．测压管太细，对测压管液面读数造成什么影响？

答：若被测液体为水，当测压管太细时，测压管液面因毛细现象而产生液面上升现象，造成误差。毛细高度

θσd h cos 4=

式中，σ为表面张力系数；γ为液体的容重；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。常温(t =20℃)的水，σ=7.28N/m ，γ=0.98N/m 。水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。于是有d

h 7

.29=

(h 、d 单位为mm) 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm 时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角

θ较大，其h 较普通玻璃管小。

如果用同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．本仪器测压管内径为0.8×10-2 m ，圆筒内径为2.0×10-1 m ，仪器在加气增压后，水箱液面将下降δ而测压管液面将升高H ，实验时，若近似以p 0 = 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δ / H 为多少？

答：加压后，水箱液面比基准面下降了δ，而同时测压管1/2的液面比各基准面升高了H ，由水量平衡原理则有

δππ

D H d =

则 2

2）

（D

d H

=δ 代入数据则有 0032.0=H

于是相对误差ε

0032.00032

.010032

.0=+=+=+-+=

δδδδεH H H H

因此可以忽略不计。

对于单根测压管的容器若有d D ＞10或对两根测压管有d D ＞14时，便可使ε＜0.01。

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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。

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