靜水壓強(qiáng)量測試驗

1、靜水壓強(qiáng)量測實驗實驗?zāi)康囊蟆?、掌握用測壓管測量流體靜壓強(qiáng)的技能;2、驗證不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程;3、通過對諸多流體靜力學(xué)現(xiàn)象的實驗分析研討，進(jìn)一步提高解決靜力學(xué)實際問題的能力。4、鞏固絕對壓強(qiáng)、相對壓強(qiáng)、真空度概念。二、實驗裝置、圖1.1靜水壓強(qiáng)實驗裝置圖1、測壓管；2、帶標(biāo)尺測壓管；3、連通管；4、真空測壓管；5、U型測壓管;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、2、所有測壓管液面標(biāo)高均以標(biāo)尺（測壓管2）零讀數(shù)為基準(zhǔn)；儀器銘牌所注可B、可C、可D系測點B、C、D標(biāo)高；若同時取標(biāo)尺零點作為靜力學(xué)基本方 程的基準(zhǔn)點，則京B、可C、燈D亦

2、為Zb、Zc、Zd ；3、本儀器所有閥門旋柄順管軸線為開。三、實驗原理、1、在重力作用下不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程為:Pz+= constp = Po + Y h或.(1.1)式中:被測點在基準(zhǔn)面以上的位置高度;9被測點的靜水壓強(qiáng)，用相對壓強(qiáng)表示，以下同;Po水箱中液面的表面壓強(qiáng);液體容重;被測點的液體深度。另對裝有水油（圖1.2及圖1.3）U型測管，應(yīng)用等壓面原理可得油的比重0有下列關(guān)系:h1(1.2)h1 +h2hlT roP JPoL/1XP叫jzIFg I7圖1.3據(jù)此可用儀器直接測得s0四、實驗方法與步驟、1、搞清儀器組構(gòu)及其用法，包括:1）閥門開關(guān);2）加壓方法關(guān)閉所有閥門（包括截

3、止閥），然后用打氣球充氣;3）減壓方法開啟筒底閥11放水;4）檢查儀器是否密封加壓后檢查測管1、2、5液面高程是否恒定。若下降，表明漏氣，應(yīng)查1）2）3）明原因并加以處理。2、記錄儀器編號及各常數(shù)（記入表1.1）。3、量測點靜壓強(qiáng)（各點壓強(qiáng)用厘米水柱高表示）。打開通氣閥6 （此時P 0=0），記錄水箱液面標(biāo)高可0和測管2液面標(biāo)高可H （此時可0 =燈H ）； 關(guān)閉通氣閥6及截止閥8,加壓使形成P 00,測記燈0及可b打開放水閥11,使形成P00 （要求其中一次Y 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）， 測記J及J（此過程反復(fù)進(jìn)行三次）；3）打開通氣閥,水面與油面齊平待液

4、面穩(wěn)定后，關(guān)閉所有閥門；然后開啟放水閥11降壓（P00），使U型管中的 （圖1.3），測記 0及H （此過程亦反復(fù)進(jìn)行三次）。五、實驗成果及要求、實驗臺號：No.1記錄有關(guān)常數(shù)各測點標(biāo)尺讀數(shù)為:陣=cmcmcmw= 9.8X1C-3 N / cm32、分別求出各次測量時A、B、C、D點的壓強(qiáng)，并選擇一基準(zhǔn)面驗證同一靜止液體內(nèi)的任意二點（C、D）（ Y ）為常數(shù)。3、求出油的容重。丫0 = 0.0080 N/cm六、實驗分析與思考題、1、實驗分析:1）若再備一根直尺，如何采用最簡便的方法測定丫 0 ?最簡單的方法是，用直尺分別測量水箱內(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

5、hw和ho，由式丫whw =丫加0求得丫0。2）如測壓管太細(xì)，對測壓管液面的讀數(shù)將有何影響？設(shè)被測液體為水，如測壓管太細(xì)，測壓管液面因毛細(xì)現(xiàn)象而升高，會造成測量誤差，毛細(xì)高度由下 式計算:式中，b為表面張力系數(shù)；丫為液體容重；d為測壓管內(nèi)徑；h為毛細(xì)升高。常溫（t=20C）的水，b =7.28dy n/mm，丫 =o.98dy n/m m3。水與玻璃的浸潤角很小，可認(rèn)為cos日=1.0。于是有29.7（h、d單位均為mm）一般來說，當(dāng)玻璃測壓管的內(nèi)徑大于iomm時，毛細(xì)影響可忽略不計。另外，當(dāng)水質(zhì)不潔時，b 減小，毛細(xì)高度也較靜水??；當(dāng)采用有機(jī)玻璃管作測壓管時，浸潤角日較大，其h較普通玻璃管小

6、。如果用一根測壓管測量液體相對壓差值，則毛細(xì)現(xiàn)象無任何影響。因為測量高、低壓強(qiáng)時均有毛細(xì) 現(xiàn)象，但在計算壓差時，互相抵消了。3）過C點作一水平面，相對管1、2、5及水箱中液體而言，這個水平面是否等壓面？哪一部分液體 是同一等壓面？不全是等壓面，他僅相對管1、2及水箱中的而言，這個水平面才是等壓面。因為只 有全部具備下列5個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，相對管5和水箱中的液體 而言，該水平面不是等壓面。2、實驗思考題:1）同一靜止液體內(nèi)的測管水頭線是一根什么線?2）當(dāng)P B0時，試根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，確定真

7、空度大小及所在區(qū)域。量測實驗七動量方程驗證實驗一、實驗?zāi)康摹?、驗證不可壓縮流體恒定總流的動量方程;2、通過對動量與流速、流量、出射角度、動量矩等因素間相關(guān)性的分析研究，進(jìn)一步掌握流體動力學(xué)的動量守恒定理;3、測定動量修正系數(shù)。二、實驗裝置、圖1.1動量方程實驗裝置圖1自循環(huán)供水器；2實驗臺；3、可控硅無級調(diào)速器；4、水位調(diào)節(jié)閥；5、恒壓 水箱；6管嘴；7、集水箱；8、帶活塞的測壓管；9、帶活塞和翼片的抗沖平板;10、上回水管。三、實驗內(nèi)容與原理、1、計算機(jī)CAI實驗教學(xué)模擬。2、測量活塞中心點的靜水壓強(qiáng)來計算水流的沖力：利用自動反饋原理，使實驗過程中 達(dá)到需要測量的靜水作用力與射流的沖擊力自

8、動平衡。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，只需測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、恒定總流動量方程為F = PQ （際2 -盼）圖1.2圖1.3取隔離體如圖1.3所示，因滑動摩擦阻力水平分力fx 0.5%Fx，可忽略不計，故X 方向的動量方程化為Fx P cA7hqD2=PQ（0_p1V1x）(Vq %-尹2=0式中： he 作用在活塞形心處的水深;D 活塞直徑;Q 射流流量；Vix射流速度;p1動量修正系數(shù)。實驗中，在平衡狀態(tài)下，只要測得流量Q和活塞形心水深he，由給定的管嘴直徑d 和活塞直徑D代入上式，便可率定射流的動量修正系數(shù)

9、31值，并驗證動量定律。其中，測壓管的標(biāo)尺零點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、測定本實驗裝置的靈敏度:為驗證本裝置的靈敏度，只要在實驗中的恒定流受力平衡狀態(tài)下，人為地增、減測壓管中的液位高度，可發(fā)現(xiàn)即使改變量不足總液柱高度的5%。(約0.5-1 mm)，活塞在旋轉(zhuǎn)下亦能有效地克服動摩擦力而作軸向位移，開大或減小窄槽C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達(dá)).5%,亦即活塞軸向動摩擦力不足總動量力的5%。四、實驗方法與步驟、1、準(zhǔn)備一一熟悉實驗裝置各部分名稱、結(jié)構(gòu)特征、作用性能，記錄有關(guān)常數(shù)。2、開啟水泵打開調(diào)速器開

10、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3、確認(rèn)測壓管垂直已調(diào)整好。如果測壓管位置不垂直，待恒定水箱滿頂溢流后，松開 測壓管固定螺絲，調(diào)整方位，要求測壓管垂直、螺絲對準(zhǔn)十字中心，使活塞轉(zhuǎn)動松快, 然后旋轉(zhuǎn)螺絲固定好。再不要隨意松動 4、測讀水位一一標(biāo)尺的零點已固定在活塞圓心的高程上。當(dāng)測壓管內(nèi)液面穩(wěn)定后，記 下測壓管內(nèi)液面的標(biāo)尺讀數(shù)，即he值。5、測量流量一一用體積法或重量法測流量時，每次時間要求大于3秒，若用電測儀器 測量時，則需在儀器量程范圍內(nèi)。重復(fù)測三次再取均值。6、改變水頭重復(fù)實驗一一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)處理程序計算數(shù)據(jù)（體積值可將

11、測得的流量用時間為1秒記入）五、實驗成果及要求、實驗臺號No.1記錄有關(guān)常數(shù):管嘴內(nèi)徑d = 1.198 cm，活塞直徑D = 1.990 cm2、編制實驗參數(shù)記錄、計算表格并填入實驗參數(shù)（見表3.1）。3、取某一流量，繪出隔離體圖，闡明分析計算的過程（參見圖3.2 3.3及表3.1）。表1.1測量記錄表及計算表測次體積V時間T管嘴作 用水頭H 0活塞作用水頭流量Q流速V動量力F動量修正系數(shù)123456六、實驗分析與討論、1、實測3與公認(rèn)值（3 =1.021.05符合與否？試分析原因。實測卩=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

12、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，這對分析射流沖擊無翼片的平板沿x方向的動量方程有無影響？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，沿yz 平面通過翼片造成動量矩的差所致，即T = pQ VyzzCOSdzD - pQ Vyz1 cosa1r1 = Pq g cosdD式中射流的流量;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;入流速度與圓周切線方向的夾角，接近90；出流速度與圓周切線方向的夾角;1.2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，但并不會產(chǎn)生x方向的附加力，也不會影響x方向的流速分量。所以x方向的動量方程與平板上設(shè)不設(shè)翼片無關(guān)。3、通過細(xì)導(dǎo)水管的分流，其出流角度與v2相同，試問對以上受力分析有無影響?無影響。當(dāng)計及該分流影響時（圖1.3），動量方程為V2X =V3x =0TTp1p.Qv1xY.hc