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中国石油大学（华东） 中国石油大学（华东）
班级： 班级： 同组者： 同组者： 学号： 学号：
工程流体力学
实验日期： 实验日期： 姓名： 姓名：
实验报告
成绩： 成绩： 教师： 教师：
实验一、流体静力学实验 实验一、
一、实验目的
1．掌握用液式测压计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，加深对位置水头、压力水头和测 压管水头的理解。 3．观察真空度（负压）的产生过程，进一步加深对真空度的理解。 4．测定油的相对密度。 5．通过对诸多流体静力学现象的实验分析，进一步提高解决静力学实际 问题的能力。
二、实验装置
本实验的装置如图1-1所示。
1. 4. 7. 10.
测压管 通气阀 截止阀 水柱
；2. ；5. ；8. ；11.
带标尺的测压管 加压打气球 U形测压管 减压放水阀
；3. ；6. ；9.
连通管 真空测压管 油柱
； ； ；
图1-1 流体静力学实验装置图
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的标高。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zB,zc,zD。 （3）本仪器中所有阀门旋柄均以顺管轴线为开。
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。 形式一： p z + = const
γ
(1-1-1a) （1-1-1b）
形式二： p = p 0 + γh 式中
z ——测点在基准面以上的位置高度； p ——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；
γ ——液体的重度；
h ——测点的液体深度。 2．油密度测量原理。 当U形管中水面与油水界面齐平（见图1-2），取油水界面为等压面时，有 p 01 = γ w h1 = γ 0 H (1-1-2)
另当U形管水面与油面齐平（见图1-3）,取油水界面为等压面时，有： p 02 + γ w H = γ 0 H 即
p 02 = ?γ w h2 = γ 0 H ? γ w H
（1-1-3）
由式(1-1-2) 、式（1-1-3）两式联立可解得： H = h1 + h2 代入式（1-1-2）可得油的相对密度 d 0 为：
d0 =
γ0 h1 = γ w hw + h2
（1-1-4）
根据式（1-1-4），可以用仪器（不用额外的尺子）直接测得 d 0 。
图 1-2
图 1-3
四、实验要求
1．记录有关常数 各测点的标尺读数为： ?B = 2.1 × 10-2 m ； C = ? 实验装置编号No. -2.9
× 10-2 m ； D = ?
2
× 10-2 m ；
-5.9
基准面选在 测压管2零点所在水平面 ； zC =
-2.9
× 10-2 m ； z D =
-5.9 × 10-2 m ； 2．分
别求出各次测量时，A、B、C、D点的压强，并选择一基准验证同一 p 静止液体内的任意二点C、D的( z + )是否为常数？
γ
答：以 p 0 > 0 的第一组数据为例计算。 由
γw
pA
= ? H ? ? 0 ，得
p A = γ w ? (? H ? ? 0 ) = 1000 × 9.8 × (16.40 ? 12.30) × 10 ?2 = 4.018 × 10 2 Pa
同理： p B = γ w ? (? H ? ? B ) = 1000 × 9.8 × (16.40 ? 2.1) × 10 ?2 = 1.401 × 10 3 Pa
pC = γ w ? (? H ? ? C ) = 1000 × 9.8 × [16.40 ? (?2.9)] × 10 ?2 = 1.891 × 10 3 Pa p D = γ w ? (? H ? ? D ) = 1000 × 9.8 × [16.40 ? (?5.9)] × 10 ?2 = 2.185 × 10 3 Pa
进而可求得其他各次测量时，A,B,C,D点的压强。 选测压管2零刻度所在水平面为基准，则： p z C + C = ?2.9 + 19.30 = 16.40cm
γ
zD +
pD
γ
= ?5.9 + 22.30 = 16.40cm p
由上式计算结果可以看出同一静止液体内的任意二点C、D的( z + 数。 3．求出油的重度。
γ
)为常
γo =
8.252×103
N/m 3
答：由表1-1数据： h + h + h13 12.63 + 12.55 + 12.55 h1 = 11 12 = = 12.58cm 3 3 h + h22 + h23 2.35 + 2.40 + 2.33 h2 = 21 = = 2.36cm 3 3 γo h1 12.58 × 10 ?2 d0 = = = = 0.842 γ w h1 + h 2 12.58 × 10 ?2 + 2.36 × 10 ? 2
γ o = ρ o ? g = d o ? ρ w ? g = 0.842 × 1000 × 9.8 = 8.252 × 10 3 N / m 3
4．测出6#测压管插入小水杯水中深度。 ?h 6 = 答：由测量数据 ? 0 = 12.00cm, ? H = 16.36cm 。 则 ?h6 = ? H ? ? 0 = 16.36 ? 12.00 = 4.36cm 5．完成表1-1及表1-2。 4.36
× 10-2 m
五、实验步骤
1．了解仪器的组成及其用法，包括： （1）各阀门的开关。 （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）减压方式：开启筒底减压放水阀11放水。 （4）检查仪器是否密封：加压后检查测压管1，2,8的液面高程是否恒定。 若下降，则表明漏气，应查明原因并加以处理。 2．记录仪器编号及常数。 3．进行实验操作，记录并处理实验数据（见表1-1及表1-2）。 4．量测点静压强。 （1）打开通气阀4（此时 p 0 =0），记录水箱液面标高 ? 0 和测压管2的液面 标高 ? H （此时 ? 0 = ? H ）。 （2）关闭通气阀4及截止阀7，用打气球加压使 p 0 > 0 ，测记 ? 0 及 ? H 。 （3）打开减压放水阀11，使 p 0 <0（要求其中一次 p B < 0 ,即 ? H < ? B ）, 测记 ? 0 及 ? H 。 5．测出测压管6插入小水杯的深度。 6．测定油的相对密度 d o 。 （1）开启通气阀4，测记 ? 0 。 （2）关闭通气阀4，用打气球加压（ p 0 > 0 ），微调放气螺母使U形管中水 面与油水界面齐平（见图1-2），测记 ? 0 及 ? H 。（此过程反复进行3次）。 （3）打开通气阀4，待液面稳定后，关闭所有阀门，然后开启减压放水阀 11降压（ p 0 <0） 使U形管中的水面与油面齐平（见图1-3），测记 ? 0 及 ? H （此过
程亦反复 进行3次）。
六、注意事项
1．用打气球加压、减压需缓慢，以防液体溢出及油珠吸附在管壁上。打 气后务必关闭加压打气球下端的阀门，以防漏气。 2．在实验过程中，装置的气密性要求保持良好。
实验条件
次序
水箱液面
0 /(10 m)
2
测压管2液 面
H /(10 m)
2
表1-1 流体静压强测量记录及计算表 压力水头
pA
测压管水头
= ?H ? ?D
2
γ
= ? H ? ?0
2
pB
γ
= ?H ? ?B
2
pC
γ
= ?H ? ?C
2
pD
γ
zC +
pC
γ
zD +
pD
γ
/(10 m)
/(10 m)
/(10 m)
/(10 m)
/(10 m)
2
/(10 m)
2
p0 = 0 p0 > 0 p0 < 0
（其中一次 pB < 0 ）
1 1 2 1 2 3
表1-2 油相对密度测量记录及计算表 条件 次 序 水箱液面
0 /(10 m)
2
测压管2液面
H /(10 m)
2
h1 = ? H ? ? 0 /(10 m)
2
h1
/(10 m)
2
h2 = ? 0 ? ? H /(10 m)
2
h2
/(10 m)
2
do =
γo γw
=
h1 h1 + h 2
p0 > 0 且 U 1
型管中水面 与油水交界 面齐平 型管中水面 与油面齐平 2 3
p0 < 0 且 U 1
2 3
七、问题分析
1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线? 答：测压管水头为 z + 压管水头线为一水平线 2．当 pB < 0 时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。 答：当 pB < 0 时，由 p 0 < 0 的第一组数据，? 0 = 12.25cm,? H = 1.65cm ，测压 管2的液面的压强即为外界大气压压强，沿其做一水平面，则水箱中该水平面以 上区域即为真空区域。 3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定 d o 。 答：（1）打开通气阀，待液面稳定（2）过油水界面做一水平等压面，用尺 子测量U形测压管左侧该水平面以上液柱的高度 h1 ，及右侧油的高度 h2 ， （3）由 等压面上压力相等得： p 0 + γ w ? h1 = p 0 + γ o ? h2 ，即 d o = p
γ
，同一基准面各点的测压管水头高度相同，所以测
γ o h1 = 。 γ w h2
4．如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响? 答：如果测压管太细，则由于毛细现象明显，玻璃具有亲水性，而导致测压 管液面的读数偏大。 5．过C点作一水平面，相对管1、2、8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? 答：等压面的定义为：在同一种连续的静止流体中，静压力相等的各点所组 成的面。而管 8 中的液体不与其他的管和水箱中的液体相连，即不连续，而且管 8 中的液体也不是同一种液体，所以这个水平面不是等压面。管 1、2 和水箱中 的液体对这一平面是等压面。
八、心得体会