水力学 静水总压力量测实验
静水力学实验
静水力学实验仪器说明与教学指导一、实验装置1. 仪器装置简图图一流体静力学实验装置图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, 则∇B、∇C、∇D亦为Z B、Z C、Z D；(3)本仪器中所有阀门旋柄均以顺管轴线为开。
2.功能1(1)用于训练测压管测量流体静压强的基本技能；(2)验证不可压缩流体静力学基本方程；(3)可供分析研究马利奥特容器的变液位下恒定流实验及其他十余项定性、定量实验。
3.技术特性(1)为台式装置实验仪，由透明有机玻璃精制的静压水箱、加气增压和放水减压装置以及用透明有机玻璃管特制的单管式测压管、U型测压管、倒虹吸真空度测压管和连通管等组成；(2)设有一带刻度标尺的测压管，可供各项定量实验的测量, 示值精度0.1cm，(3)设有为强化负压实验直观效果而设计的真空度演示装置；(4)不需外接电源；(5)实验仪专用实验台：长×宽=150cm×55cm。
二、安装使用说明1.安装仪器拆箱以后，按图检查各个部件是否完好。
先熟悉各部件，再按装置图所示，将有机玻璃管、打气球等各部件安装好，并在放水减压阀下面放一800ml烧杯。
2.注水、注油打开加水橡皮塞往水箱内注水，水质要好，最好为蒸馏水，使水箱内液面界于A、B两点之间。
在5#U型管中加满蒸馏水，再加入待测容重的油约20cm高左右。
待测容重的油可选用缝纫机油等。
在箱顶的方盒中，加适量红色蒸馏水，一般液面低于盒子顶口1~2cm。
3.密封检查加压后检查水箱是否渗水及测管1、2、5液面高程是否恒定，若测管液面下降，表明漏气，可用肥皂水检查泄漏处，并作密封处理。
4.清洗本实验仪久置后，水中污垢粘附于内表，需清洗。
水力学实验报告
水力学实验报告学院：班级：姓名：学号：第三组同学：姓名：学号：姓名：学号：姓名：学号：平面静水总压力实验实验目的1.掌握解析法及压力图法，测定矩形平面上的静水总压力。
2.验证平面静水压力理论。
实验原理作用在任意形状平面上的静水总压力P 等于该平面形心处的压强p c 与平面面积A 的乘积：A p P c =，方向垂直指向受压面。
对于上、下边与水面平行的矩形平面上的静水总压力及其作用点的位置，可采用压力图法：静水总压力P 的大小等于压强分布图的面积Ω和以宽度b 所构成的压强分布体的体积。
b P Ω=若压强分布图为三角形分布、如图3-2，则He b gH P 31212==ρ式中：e －为三角形压强分布图的形心距底部的距离。
若压强分布图为梯形分布，如图3-3，则2121212321H H H H a e ab H H g P ＋＋）＋（⋅==ρ式中：e －为梯形压强分布图的形心距梯形底边的距离。
图1-1 静水压强分布图（三角形） 图1-2 静水压强分布图（梯形）本实验设备原理如图3-4，由力矩平衡原理。
图1-3 静水总压力实验设备图10L P L G ⋅=⋅其中：e L L -=1求出平面静水总压力1L GL P =实验设备在自循环水箱上部安装一敞开的矩形容器，容器通过进水开关K l ，放水开关K 2与水箱连接。
容器上部放置一与扇形体相连的平衡杆，如图3-5所示。
3-5 ??????图 1-4 静水总压力仪 实验步骤1.熟悉仪器，测记有关常数。
2.用底脚螺丝调平，使水准泡居中。
3.调整平衡锤使平衡杆处于水平状态。
4.打开进水阀门K 1，待水流上升到一定高度后关闭。
5.在天平盘上放置适量砝码。
若平衡杆仍无法达到水平状态，可通过进水开关进水或放水开关放水来调节进放水量直至平衡。
6.测记砝码质量及水位的刻度数。
7.重复步骤4～6，水位读数在100mm 以下做3次，以上做3次。
8.打开放水阀门K 2，将水排净，并将砝码放入盒中，实验结束。
水力计算学习单元静水压强与静水压力计算
学习单元二 静水压强与静水压力计算【教学基本要求】1．正确理解静水压强的两个重要特性和等压面的性质。
2．掌握静水压强基本公式和物理意义，会用基本公式进行静水压强计算。
3．掌握静水压强的单位和三种表示方法：绝对压强、相对压强和真空度；理解位置水头、压强水头和测管水头的物理意义和几何意义。
4．掌握静水压强的测量方法和计算。
5．会画静水压强分布图，并熟练应用图解法和解析法计算作用在平面上的静水总压力。
6．会正确绘制压力体剖面图，掌握曲面上静水总压力的计算。
【学习重点】1．静水压强的两个特性及有关基本概念。
2．重力作用下静水压强基本公式和物理意义。
3．静水压强的表示和计算。
4．静水压强分布图和平面上的静水总压力的计算。
5．压力体的构成和绘制以及曲面上静水总压力的计算。
【内容提要和学习指导】本章研究处于静止和相对平衡状态下液体的力学规律。
2.1 静水压强及其特性静止液体作用在每单位受压面积上的压力称为静水压强，单位为（N/ m 2），也称为帕斯卡（P a ）。
某点的静水压强p 可表示为：（2—1） 静水压强有两个重要特性：（1）静水压强的方向垂直并且指向受压面；（2）静止液体内任一点沿各方向上静水压强的大小都相等，或者说每一点的静水压强仅是该点坐标的函数，与受压面的方向无关，可表示为p = p (x ，y ，z )。
这两个特性是计算任意点静水压强、绘制静水压强分布图和计算平面与曲面上静水总压力的理论基础。
2.2 等压面液体中由压强相等的各点所构成的面（可以是平面或曲面）称为等压面，静止液体的自由表面就是等压面。
对静止液体进行受力分析，导出液体平衡微分方程和压强全微方程，根据等压面定义，可得到等压面方程式：X d x+Y d y+Z d z = 0 （2—2） AP p A ∆∆=→∆0lim式中：X 、Y 、Z 是作用在液体上的单位质量力在x 、y 、z 坐标轴上的分量，并且（2—3） 其中：U 是力势函数。
水力学实验报告
水力学实验报告实验组别： A1 实验组员：实验日期： 5月5日;5月7日;5月10日土木系2019年5月1 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pz C gρ+= 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。
水力学实验报告
水力学实验报告学院：班级：姓名：学号：第三组同学：姓名：学号：姓名：学号：姓名：学号：平面静水总压力实验实验目的1.掌握解析法及压力图法，测定矩形平面上的静水总压力。
2.验证平面静水压力理论。
实验原理作用在任意形状平面上的静水总压力P 等于该平面形心处的压强p c 与平面面积A 的乘积：A p P c =，方向垂直指向受压面。
对于上、下边与水面平行的矩形平面上的静水总压力及其作用点的位置，可采用压力图法：静水总压力P 的大小等于压强分布图的面积Ω和以宽度b 所构成的压强分布体的体积。
b P Ω=若压强分布图为三角形分布、如图3-2，则He b gH P 31212==ρ式中：e －为三角形压强分布图的形心距底部的距离。
若压强分布图为梯形分布，如图3-3，则2121212321H H H H a e ab H H g P ＋＋）＋（⋅==ρ式中：e －为梯形压强分布图的形心距梯形底边的距离。
图1-1 静水压强分布图（三角形） 图1-2 静水压强分布图（梯形）本实验设备原理如图3-4，由力矩平衡原理。
图1-3 静水总压力实验设备图10L P L G ⋅=⋅其中：e L L -=1求出平面静水总压力1L GL P =实验设备在自循环水箱上部安装一敞开的矩形容器，容器通过进水开关K l ，放水开关K 2与水箱连接。
容器上部放置一与扇形体相连的平衡杆，如图3-5所示。
3-5 ??????图 1-4 静水总压力仪 实验步骤1.熟悉仪器，测记有关常数。
2.用底脚螺丝调平，使水准泡居中。
3.调整平衡锤使平衡杆处于水平状态。
4.打开进水阀门K 1，待水流上升到一定高度后关闭。
5.在天平盘上放置适量砝码。
若平衡杆仍无法达到水平状态，可通过进水开关进水或放水开关放水来调节进放水量直至平衡。
6.测记砝码质量及水位的刻度数。
7.重复步骤4～6，水位读数在100mm 以下做3次，以上做3次。
8.打开放水阀门K 2，将水排净，并将砝码放入盒中，实验结束。
水力学实验
实验一 静水压强演示实验一、目的要求1、量测静水中任一点的压强；2、观察封闭容器内静止液体表面压力。
3、掌握U 形管和测压管的测压原理及运用等压面概念分析问题的能力。
二、实验设备实验设备见实验室水静压强仪。
三、实验步骤及原理1、打开排气阀，使密封水箱与大气相通，则密封箱中表面压强0p 等于大气压强a p 。
那么开口筒水面、密封箱水面及连通管水面均应齐平。
2、关闭排气阀，用加压器缓慢加压，密封箱中空气的压强缓慢增大。
U 形管和测压管出现压差△h 。
待稳定后，开口筒与密封箱两液面的高差即为压强差h p p a γ=-01。
3、打开排气阀，使液面恢复到同一水平面上，关闭排气阀，找开密闭容器底部的水门，放出一部分水，造成密闭容器的体积增大而压强减小。
此时a p p <0，待稳定后，其压强差称为真空，以水柱高度表示即为真空度：32120∇-∇=∇-∇=-γp p a =h 24、按照以上原理，可以求得密封箱液体中任一点A 的绝对压强A p '。
设A 点在密封箱水面以下的深度为A h 0，1号管和2号管水面以下的深度为A h 1和h 2A ，则：A p 'A a h h p p 02100)(γγ+∇-∇+='A a A a h p h p 21γγ+=+=四、注意事项检查密封箱是否漏气。
五、量测与计算静水压强仪编号 01 ； 实测数据与计算（表1、表2）。
表1 观测数据表2 计算设A点在水箱水面下的深度h0A为10 厘米。
实验二流线演示实验一、演示目的1、通过演示进一步了解流线的基本特征。
2、观察液体流经不同固体边界时的流动现象。
二、演示原理流场中液体质点的运动状态，可以用迹线或流线来描述，在恒定流中，流线和迹线互相重合。
在流线仪中，用显示液通过分格栅组成流场，整个流场内的“流线谱”可形象地描绘液流的流动趋势，当这些有色线经过各种形状的固体边界时，可以清晰地反映出流线的特征及性质。
水力学实验报告答案
重庆交通大学实验一流体静力学实验水力学实验重庆交通大学2013/6/8重庆交通大学水力学实验报告实验分析与讨论1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。
测压管水头线指测压管液面的连线。
实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。
2.当P B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。
，相应容器的真空区域包括以下三部分：(1)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。
(2)同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。
(3)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。
这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。
3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ0。
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h和h0，由式，从而求得γ0。
4.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，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。
常温(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。
水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。
于是有(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。
5.过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。
清华水力学实验：02静水总压力
1. 测读砝码时，仔细观察砝码所注克数。 2. 加水或放水，要仔细观察杠杆所处的状态。 3. 砝码要每套专用，不要混用。
静力-4
−∫∫
G pn
d
A
=
−nG∫∫
p
d
A
.
A
A
作用力垂直于作用面，指向自己判断。
z 静压强分布是不均匀的，沿铅垂方向呈线性分布，
其平均值为作用面（平面图形）形心处的压强。
总压力大小等于作用面形心C处的压强pC乘上作
用面的面积A，即 ∫∫ p d A = pC A .
A
z 如果平面上作用着均匀分布力，其合力的作用点
合力作用点距底的距离为： e= H .
3
实验设备
实验设备及各部分名称见图。一个扇形体连接在杠杆上，再以支点连接的方式放置在容 器顶部，杠杆上还装有平衡锤和天平盘，用于调节杠杆的平衡和测量。容器中放水后，扇形 体浸没在水中，由于支点位于扇形体圆弧面的中心线上，除了矩形端面上的静水压力之外， 其它各侧面上的静水压力对支点的力矩都为零。利用天平测出力矩，可推算矩形面上的静水 总压力。
z 如压强为梯形分布，则总压力大小为： P = 1 ρg(h + H )ab ， 2
合力作用点距底的距离为： e = a ⋅ 2h + H .
3 h+H
其中 h，H 分别为梯形压强分布图上下底的压强水
静力-1
头，a，b 是作用面的长度和宽度。如压强为三角 形分布，则 h=0，总压力大小为：
P = 1 ρgHab ， 2
实验目的和要求
1． 测定矩形平面上的静水总压力。 2． 验证静水压力理论的正确性。
静力-2
实验步骤
1． 认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项。 2． 熟悉仪器，记录有关常数。 3． 用底脚螺丝调平，使水准泡居中。 4． 调平衡锤使杠杆处于水平状态，此时扇形体的矩形端面处于铅垂位置。 5． 打开进水阀门K1，放水进入水箱，待水流上升到一定的高度，关闭K1 . 6． 加砝码到水平盘上，使杠杆恢复到水平状态。如不行，则再加水或放水直至平衡为止。 7． 测记砝码重量 G，记录水位的刻度数。 8． 根据公式，计算受力面积和静水总压力作用点至底部距离及作用点至支点的垂直距离L1 . 9． 根据力矩平衡公式，求出静水总压力 P . 10．重复步骤 4-8，水位读数在 100mm 以下（三角形压强分布）做四次，以上（梯形压强分
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1. 测读砝码时，仔细观察砝码所注克数。 2. 加水或放水，要仔细观察杠杆所处的状态。 3. 砝码要每套专用，不要混用。
静力-4
实测静水
总压力
P实测
=
M0 L1
(N)
理论静水 总压力 P理论
1 ρg(H 2 − h2 )b 2
相对值 P实测 P理论
(N)
1. 试问作用在液面下平面图形上绝对压强的压力中心和相对压强的压力中心哪个在液面 下更深的地方？为什么？
2. 分析产生量测误差的原因。指出在实验仪器的设计、制作和使用中哪些问题是最关键的。
清华大学水利水电工程系水力学实验室
水力学 流体力学
课程教学实验指示书
平面上的静水总压力量测实验
原理简介
在已知静止液体中的压强分布之后，通过求解物体表面 A 上的矢量积分
G
−∫∫ pn d A
即可
A
得到总压力。完整的总压力求解包括其大小、方向、作用点。
一. 静止液体作用在平面上的总压力
z 这是一种比较简单的情况，是平行力系的合成，即
实验目的和要求
1． 测定矩形平面上的静水总压力。 2． 验证静水压力理论的正确性。
静力-2
实验步骤
1． 认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项。 2． 熟悉仪器，记录有关常数。 3． 用底脚螺丝调平，使水准泡居中。 4． 调平衡锤使杠杆处于水平状态，此时扇形体的矩形端面处于铅垂位置。 5． 打开进水阀门K1，放水进入水箱，待水流上升到一定的高度，关闭K1 . 6． 加砝码到水平盘上，使杠杆恢复到水平状态。如不行，则再加水或放水直至平衡为止。 7． 测记砝码重量 G，记录水位的刻度数。 8． 根据公式，计算受力面积和静水总压力作用点至底部距离及作用点至支点的垂直距离L1 . 9． 根据力矩平衡公式，求出静水总压力 P . 10．重复步骤 4-8，水位读数在 100mm 以下（三角形压强分布）做四次，以上（梯形压强分
布）做四次，共做八次。
实验数据记录
仪器编号：
有关常数：天平臂距离L0= 扇形体宽 b =
cm，扇形体垂直距离（扇形半径）L=
cm，
cm，矩形端面高 a0=
cm， ρ = 1.0×10-3 kg/cm3
测量记录表格
压强分布 形式
三角形分布
梯形分布
测次
1 2
#
1 2
#
水位读数（cm） H
水位读数（cm）
−∫∫
G pn
d
A
=
−nG∫∫
p
d
A
.
A
A
作用力垂直于作用面，指向自己判断。
z 静压强分布是不均匀的，沿铅垂方向呈线性分布，
其平均值为作用面（平面图形）形心处的压强。
总压力大小等于作用面形心C处的压强pC乘上作
用面的面积A，即 ∫∫ p d A = pC A .
A
z 如果平面上作用着均匀分布力，其合力的作用点
将是作用面的形心，而静压强分布是不均匀的，
浸没在液面下越深处压强越大，所以总压力作用
点 D 位于作用面形心以下。
二. 矩形平面上的静水总压力
z 这是一种更加简便的情况，只要画出压强分布图就可以求出总压力的大小和作用点。单
位厚度作用面上总压力的大小等于压强分布图的面积，总压力的作用线过压强离为： e= a .
3
z 又若作用面是铅垂放置的，则 a=H-h . 总压力大小为： P = 1 ρg(H 2 − h2 )b ， 2
合力作用点距底的距离为： e = H − h ⋅ 2h + H .
3 h+H
压强为三角形分布时，h=0，总压力大小为： P = 1 ρgH 2b ， 2
z 如压强为梯形分布，则总压力大小为： P = 1 ρg(h + H )ab ， 2
合力作用点距底的距离为： e = a ⋅ 2h + H .
3 h+H
其中 h，H 分别为梯形压强分布图上下底的压强水
静力-1
头，a，b 是作用面的长度和宽度。如压强为三角 形分布，则 h=0，总压力大小为：
P = 1 ρgHab ， 2
⎧0 h = ⎨⎩H − a0
H < a0 H ≥ a0
0
0
0
砝码质量（g） m
静力-3
实验结果
压强分 布形式
作用点距 测 底部距离 e 次 H − h ⋅ 2h + H
3 h+H
(cm)
1 三角形分布 2
#
1 梯形分布 2
#
分析思考问题
实验结果表格
作用力距支 点垂直距离
L1=L-e (cm)
实测 力矩 M0=mgL0 ( N⋅ cm )
合力作用点距底的距离为： e= H .
3
实验设备
实验设备及各部分名称见图。一个扇形体连接在杠杆上，再以支点连接的方式放置在容 器顶部，杠杆上还装有平衡锤和天平盘，用于调节杠杆的平衡和测量。容器中放水后，扇形 体浸没在水中，由于支点位于扇形体圆弧面的中心线上，除了矩形端面上的静水压力之外， 其它各侧面上的静水压力对支点的力矩都为零。利用天平测出力矩，可推算矩形面上的静水 总压力。