靜水壓強(qiáng)量測(cè)實(shí)驗(yàn)

1、靜水壓強(qiáng)量測(cè)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蟆?、掌握用測(cè)壓管測(cè)量流體靜壓強(qiáng)的技能；2、驗(yàn)證不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程；3、通過對(duì)諸多流體靜力學(xué)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)分析研討，進(jìn)一步提高解決靜力學(xué)實(shí)際問題的 能力。4、鞏固絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、真空度概念。二、實(shí)驗(yàn)裝置、圖1.1 靜水壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)裝置圖1、測(cè)壓管；2、帶標(biāo)尺測(cè)壓管；3、連通管；4、真空測(cè)壓管；5、U型測(cè)壓管；6、通氣閥；7、加壓打氣球；8、截止閥；9、油柱；10、水柱；11、減壓放水閥。說明：1、所有測(cè)壓管液面標(biāo)高均以標(biāo)尺（測(cè)壓管2）零讀數(shù)為基準(zhǔn)；2、儀器銘牌所注'b、 C、 D系測(cè)點(diǎn)B、C、D標(biāo)高；若同時(shí)取標(biāo)尺零點(diǎn)作為靜力學(xué)基本方 程的基準(zhǔn)點(diǎn)，則B

2、、'- C、'- D亦為Zb、Zc、Zd ；3、本儀器所有閥門旋柄順管軸線為開。三、實(shí)驗(yàn)原理、1、在重力作用下不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程為：Pz+= const或：p = Poh（1.1）式中： z 被測(cè)點(diǎn)在基準(zhǔn)面以上的位置高度；p 被測(cè)點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)，用相對(duì)壓強(qiáng)表示，以下同；Po 水箱中液面的表面壓強(qiáng)；液體容重；h 被測(cè)點(diǎn)的液體深度。另對(duì)裝有水油（圖1.2及圖1.3）U型測(cè)管，應(yīng)用等壓面原理可得油的比重'有下列 關(guān)系：h1(1.2)s0= -T = h1 h2ffl 12圖 1.3據(jù)此可用儀器直接測(cè)得so四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟、1、搞清儀器組構(gòu)及其用法，包括：1）閥門開關(guān)；

3、2）加壓方法一一關(guān)閉所有閥門（包括截止閥），然后用打氣球充氣；3）減壓方法一一開啟筒底閥11放水；4）檢查儀器是否密封一一加壓后檢查測(cè)管1、2、5液面高程是否恒定。若下降，表明漏氣，應(yīng)查 明原因并加以處理。2、記錄儀器編號(hào)及各常數(shù)（記入表1.1）3、量測(cè)點(diǎn)靜壓強(qiáng)（各點(diǎn)壓強(qiáng)用厘米水柱高表示）。1） 打開通氣閥6 （此時(shí)P 0=0），記錄水箱液面標(biāo)高可0和測(cè)管2液面標(biāo)高可H （此時(shí)可0）；2）關(guān)閉通氣閥6及截止閥8,加壓使形成Po>0，測(cè)記' 0及' H ；Pb_3） 打開放水閥11,使形成PoV0 （要求其中一次V 0，即可H < 7 B ），測(cè)記燈0及可H。4、測(cè)出

4、4#測(cè)壓管插入小水杯中的深度（現(xiàn)場(chǎng)）。5、測(cè)定油比重s0。v1）開啟通氣閥6,測(cè)記0 ；2）關(guān)閉通氣閥6,打氣加壓（p0>0），微調(diào)放氣螺母使U型管中水面與油水交界面齊平（圖1.2）， 測(cè)記' 0及' h （此過程反復(fù)進(jìn)行三次）；3）打開通氣閥，待液面穩(wěn)定后，關(guān)閉所有閥門；然后開啟放水閥11降壓（p0<0），使U型管中的 水面與油面齊平（圖1.3），測(cè)記 0及h （此過程亦反復(fù)進(jìn)行三次）。五、實(shí)驗(yàn)成果及要求、1記錄有關(guān)常數(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：No.各測(cè)點(diǎn)標(biāo)尺讀數(shù)為：'、b =cmv C =cmv d =cmw= 9.8X10-3 N / cm32、分別求出各次測(cè)量時(shí)A

5、、B、C、D點(diǎn)的壓強(qiáng)，并選擇一基準(zhǔn)面驗(yàn)證一一同一靜止 液體內(nèi)的任意二點(diǎn)（C、。）的（）為常數(shù)。3、 求出油的容重。o = 0.0080N/cm5六、實(shí)驗(yàn)分析與思考題、1、實(shí)驗(yàn)分析：1）若再備一根直尺，如何采用最簡(jiǎn)便的方法測(cè)定 0 ?最簡(jiǎn)單的方法是，用直尺分別測(cè)量水箱內(nèi)通大氣情況下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的 垂直高度hw和ho，由式whw = oh。求得0。2）如測(cè)壓管太細(xì)，對(duì)測(cè)壓管液面的讀數(shù)將有何影響？設(shè)被測(cè)液體為水，如測(cè)壓管太細(xì)，測(cè)壓管液面因毛細(xì)現(xiàn)象而升高，會(huì)造成測(cè)量誤差，毛細(xì)高度由下 式計(jì)算：式中，二為表面張力系數(shù)； 為液體容重；d為測(cè)壓管內(nèi)徑；h為毛細(xì)升高。常溫（t=20C）

6、的水，二=7.28dyn/mm， =o.98dyn/mm3。水與玻璃的浸潤(rùn)角陽(yáng)艮小，可認(rèn)為co1 =1.0。于是有,29.7h -d（ h、d單位均為mm）一般來說，當(dāng)玻璃測(cè)壓管的內(nèi)徑大于10mm時(shí)，毛細(xì)影響可忽略不計(jì)。另外，當(dāng)水質(zhì)不潔時(shí)，- 減小，毛細(xì)高度也較靜水??；當(dāng)采用有機(jī)玻璃管作測(cè)壓管時(shí)，浸潤(rùn)角二較大，其h較普通玻璃管小。如果用一根測(cè)壓管測(cè)量液體相對(duì)壓差值，則毛細(xì)現(xiàn)象無任何影響。因?yàn)闇y(cè)量高、低壓強(qiáng)時(shí)均有毛細(xì) 現(xiàn)象，但在計(jì)算壓差時(shí)，互相抵消了。3）過C點(diǎn)作一水平面，相對(duì)管1、2、5及水箱中液體而言，這個(gè)水平面是否等壓面？哪一部分液體是同一等壓面？不全是等壓面，他僅相對(duì)管1、2及水箱中的而

7、言，這個(gè)水平面才是等壓面。因?yàn)橹?有全部具備下列5個(gè)條件的平面才是等壓面：重力液體；靜止；連通；連通介質(zhì)為同一均質(zhì)液體；同一水平面。上述問題中，管5與水箱之間不符合條件，因此，相對(duì)管5和水箱中的液體 而言，該水平面不是等壓面。2、實(shí)驗(yàn)思考題：1) 同一靜止液體內(nèi)的測(cè)管水頭線是一根什么線？2) 當(dāng)PbvO時(shí)，試根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，確定真空度大小及所在區(qū)域。量測(cè)實(shí)驗(yàn)七動(dòng)量方程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、驗(yàn)證不可壓縮流體恒定總流的動(dòng)量方程；2、通過對(duì)動(dòng)量與流速、流量、出射角度、動(dòng)量矩等因素間相關(guān)性的分析研究，進(jìn)一步 掌握流體動(dòng)力學(xué)的動(dòng)量守恒定理；3、測(cè)定動(dòng)量修正系數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)裝置、圖1.1動(dòng)量方程實(shí)驗(yàn)裝置圖

8、1、自循環(huán)供水器；2、實(shí)驗(yàn)臺(tái)；3、可控硅無級(jí)調(diào)速器；4、水位調(diào)節(jié)閥；5、恒壓 水箱；6管嘴；7、集水箱；8、帶活塞的測(cè)壓管；9、帶活塞和翼片的抗沖平板;10、上回水管。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與原理、1、計(jì)算機(jī)CAI實(shí)驗(yàn)教學(xué)模擬。2、測(cè)量活塞中心點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)來計(jì)算水流的沖力：利用自動(dòng)反饋原理，使實(shí)驗(yàn)過程中 達(dá)到需要測(cè)量的靜水作用力與射流的沖擊力自動(dòng)平衡。射流沖擊在平板上的沖力全部作 用在活塞體中，當(dāng)活塞處于穩(wěn)定位置時(shí)，只需測(cè)得活塞所受到的靜水作用力，便可足夠 精確地得知射流的沖擊力。3、恒定總流動(dòng)量方程為F = ' Q ( 2v2 - 1v1)圖1.2圖1.3取隔離體如圖1.3所示，因滑動(dòng)摩擦阻力

9、水平分力fxv 0.5%Fx，可忽略不計(jì)，故x 方向的動(dòng)量方程化為 2FAhqDPRQ (0- Zx)%-42=o式中：九 作用在活塞形心處的水深;D 活塞直徑；Q 射流流量；Vlx射流速度；：1 動(dòng)量修正系數(shù)。實(shí)驗(yàn)中，在平衡狀態(tài)下，只要測(cè)得流量Q和活塞形心水深九，由給定的管嘴直徑d 和活塞直徑D代入上式，便可率定射流的動(dòng)量修正系數(shù)r值，并驗(yàn)證動(dòng)量定律。其 中,測(cè)壓管的標(biāo)尺零點(diǎn)已固定在活塞的圓心處，因此液面標(biāo)尺讀數(shù)即為作用在活塞圓心處的水深。4、測(cè)定本實(shí)驗(yàn)裝置的靈敏度：為驗(yàn)證本裝置的靈敏度，只要在實(shí)驗(yàn)中的恒定流受力平衡狀態(tài)下，人為地增、減測(cè) 壓管中的液位高度，可發(fā)現(xiàn)即使改變量不足總液柱高度的5

10、%。(約0.5-1 mm)，活塞在 旋轉(zhuǎn)下亦能有效地克服動(dòng)摩擦力而作軸向位移，開大或減小窄槽:，使過高的水位降 低或過低的水位提高，恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。這表明該裝置的靈敏度高邊0.5%, 亦即活塞軸向動(dòng)摩擦力不足總動(dòng)量力的5%0四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟、1、準(zhǔn)備一一熟悉實(shí)驗(yàn)裝置各部分名稱、結(jié)構(gòu)特征、作用性能，記錄有關(guān)常數(shù)。2、開啟水泵一一打開調(diào)速器開關(guān)。調(diào)節(jié)調(diào)速器，使溢流量適中，待水頭穩(wěn)定后進(jìn)行實(shí) 驗(yàn)3、確認(rèn)測(cè)壓管垂直已調(diào)整好。如果測(cè)壓管位置不垂直，待恒定水箱滿頂溢流后，松開 測(cè)壓管固定螺絲，調(diào)整方位，要求測(cè)壓管垂直、螺絲對(duì)準(zhǔn)十字中心，使活塞轉(zhuǎn)動(dòng)松快, 然后旋轉(zhuǎn)螺絲固定好。再不要隨意松動(dòng) 4、測(cè)讀

11、水位一一標(biāo)尺的零點(diǎn)已固定在活塞圓心的高程上。當(dāng)測(cè)壓管內(nèi)液面穩(wěn)定后，記 下測(cè)壓管內(nèi)液面的標(biāo)尺讀數(shù)，即憂值5、測(cè)量流量一一用體積法或重量法測(cè)流量時(shí)，每次時(shí)間要求大于3秒，若用電測(cè)儀器 測(cè)量時(shí)，則需在儀器量程范圍內(nèi)。重復(fù)測(cè)三次再取均值。6、改變水頭重復(fù)實(shí)驗(yàn)逐次打開不同高度上的溢水孔蓋，改變管嘴的作用水頭。7、使用SL數(shù)據(jù)處理程序計(jì)算數(shù)據(jù)（體積值可將測(cè)得的流量用時(shí)間為1秒記入）五、實(shí)驗(yàn)成果及要求、1記錄有關(guān)常數(shù)：實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)No.管嘴內(nèi)徑d = 1.198 cm，活塞直徑D = 1.990 cm2、編制實(shí)驗(yàn)參數(shù)記錄、計(jì)算表格并填入實(shí)驗(yàn)參數(shù)（見表3.1）。3、取某一流量，繪出隔離體圖，闡明分析計(jì)算的過程（參

12、見圖3.2 3.3及表3.1）表1.1測(cè)量記錄表及計(jì)算表測(cè)次體積V時(shí)間T管嘴作 用水頭H 0活塞作用水頭流量Q流速V動(dòng)量力F動(dòng)量修正系數(shù)123456六、實(shí)驗(yàn)分析與討論、1、實(shí)測(cè)'與公認(rèn)值（'=1.021.05）符合與否？試分析原因。實(shí)測(cè)一 =1.0342與公認(rèn)值符合良好。（如不符合，其最大可能原因之一是翼輪不轉(zhuǎn)所致。為排除此故障，可用4B鉛筆芯涂抹活塞及活塞 套表面）。2、帶翼片的平板在射流作用下獲得力矩，這對(duì)分析射流沖擊無翼片的平板沿x方向的動(dòng)量方程有無影響？為什么？無影響。因帶翼片的平板（圖1.4）垂直于x軸，作用在軸心上的力矩T是由射流沖擊平板時(shí)，沿yz 平面通過翼片造成

13、動(dòng)量矩的差所致，即T = Lq Vyz2COS： 22 一q Vyz1COSr1 = Q Vyz2COS： 22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 入流速度與圓周切線方向的夾角，接近900；>2 出流速度與圓周切線方向的夾角；九2分別為內(nèi)、外圓直徑。圖1.4該式表明力矩T恒與x方向垂直，動(dòng)量矩僅與y z平面上的流速分量有關(guān)。也即是說平板上附加翼片 后，盡管在射流作用下可獲得力矩，但并不會(huì)產(chǎn)生x方向的附加力，也不會(huì)影響x方向的流速分量。 所以x方向的動(dòng)量方程與平板上設(shè)不設(shè)翼片無關(guān)。3、通過纟田導(dǎo)水管的分流，其出流角度與v2相同，試問對(duì)以上受力分析有無影響？無影響。當(dāng)計(jì)及該分流影響時(shí)（圖1.3），動(dòng)量方程為v2x v3x 0hcD2 二 vQ.v1x4TTc+.