静水压强量测实验.doc

1、 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

2、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 、 、 亦 为 z、 、 ；3、 本 仪 器 所 有 阀 门 旋 柄 顺 管 轴 线 为 开 。三 、 实 验 原 理 、1、

3、在 重 力 作 用 下 不 可 压 缩 流 体 静 力 学 基 本 方 程 为 ：z+ p = const 或 ： h0 （ 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 ；0 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 0s有 下列 关 系 ：0s= = 21h （ 1.2） 据 此 可

4、用 仪 器 直 接 测 得 0s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

5、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 及 ；3） 打 开 放 水 阀 11， 使 形 成 0 0（ 要 求 其 中 一 次 B 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 0s。1） 开 启 通 气 阀 6， 测

6、记 ；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 ）。五 、 实 验 成 果 及 要 求 、1、 记 录 有 关 常 数 实 验 台

7、号 ： No. 各 测 点 标 尺 读 数 为 ：B= cm C= cm D= cmw= 9.810-3 3/N2、 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 的任 意 二 点 （ C、 D） 的 （ pz） 为 常 数 。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

8、 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 wh和 0， 由 式 0hw求 得 。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 ：dhcos4式 中 ， 为 表 面 张 力 系 数 ； 为 液 体 容 重 ； 为 测 压 管 内 径 ； h为 毛 细 升 高 。常 温 （ t=20 ）

9、 的 水 ， =7.28 myn/， =0.98 mdyn/3。 水 与 玻 璃 的 浸 润 角 很 小 ， 可 认为 cos=1.0。 于 是 有 h.（ h、 单 位 均 为 ）一 般 来 说 ， 当 玻 璃 测 压 管 的 内 径 大 于 10 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

10、 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 ： 重 力 液 体 ； 静 止 ； 连

11、通 ； 连 通 介 质 为同 一 均 质 液 体 ； 同 一 水 平 面 。 上 述 问 题 中 ， 管 5 与 水 箱 之 间 不 符 合 条 件 ， 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

12、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

13、 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

14、 的 冲 击 力 。3、 恒 定 总 流 动 量 方 程 为FQ ( 12v)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 xf 0.5% XF， 可 忽 略 不 计 ， 故x 方 向 的 动 量 方 程 化 为24.DhApFccxQ（ xv1）即 1Q 0.2vcx式 中 ： ch 作 用 在 活 塞 形 心 处 的 水 深 ；D 活 塞 直 径 ；Q 射 流 流 量 ；xv1 射 流 速 度 ； 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 ch

15、， 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

16、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、

17、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

18、 压 管 内 液 面 稳 定 后 ，记 下 测 压 管 内 液 面 的 标 尺 读 数 ， 即 ch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 。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

19、 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 cm2、 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 作用 水 头H 0活 塞 作用 水 头ch流 量Q流 速v动 量 力F动

20、量 修正 系 数1123456六 、 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 ？

21、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 y z平 面 通 过 翼 片 造 成 动 量 矩 的 差 所 致 ， 即TQ 22cosrvyzQ 11cosrvyzQ 22cosrvyz式 中 Q 射 流 的 流 量 ； 1yzv 入 流 速 度 在 yz平 面 上 的 分 速 ；2 出 流 速 度 在 平 面 上 的 分 速 ； 1 入 流 速 度 与 圆 周 切 线 方 向 的 夹 角 ， 接 近 900；2 出 流 速 度 与 圆 周 切 线 方 向

22、的 夹 角 ； .1r 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 2v相 同 ， 试 问 对

23、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xxxcvQvQDh 1322 4. 03x xc12即 .4.21Dhvcx该 式 表 明 只 要 出 流 角 度 与 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 。