靜水壓強量測實驗

1、一、靜水壓強量測實驗（一）目的要求1.掌握用測壓管測量流體靜壓強的技能；2.驗證不可壓縮流體靜力學(xué)基本方程；3、測定另一種液體的重率；4、要求掌握U形管和連通管的測壓原理以及運用等壓面概念分析問題的能力。（二）實驗設(shè)備實驗設(shè)備如下圖所示。（三）實驗步驟及原理 1、打開通氣孔，使密封水箱與大氣相通，則密封箱中表面壓強p0等于大氣壓強pa。那么開口筒水面、密封箱水面及連通管水面均應(yīng)齊平。2、關(guān)閉通氣孔，將開口筒向上提升到一定高度。水由開口筒流向密封箱，并影響其它測壓管。密封箱中空氣的體積減小而壓強增大。待穩(wěn)定后，開口筒與密封箱兩液面的高差即為壓強差，這個水柱高度h也等于，而U形管兩液面的壓差也應(yīng)等

2、于。3、如果將開口筒向下降到一定高度，使其水面低于密封箱中的水面，則密封箱中的水流向開口筒。因此，密封箱中的空氣的體積增大而壓強減小，此時p0<pa，待穩(wěn)定后，其壓強差稱為真空，以水柱高度表示即為真空度：4、按照以上原理，可以求得密封箱液體中任一點A的絕對壓強。設(shè)A點在密封箱水面以下的深度為h0A，在1號管和3號管水面以下的深度為h1A 和h3A，則： 5、由于連通管和U形管反映著同一的壓差，故有：由此可以求得另一種液體的容重：。（四）注意事項 1、首先檢查密封箱是否漏氣（檢查方法自己考慮）。 2、開口筒向上提升時不宜過高，在升降開口筒后，一定要用手擰緊左邊的固定螺絲，以免開口筒向下滑動

3、。（五）量測與計算靜水壓強儀編號 ；實測數(shù)據(jù)與計算（表1.1、表1.2）。表1.1 觀測數(shù)據(jù)名 稱測壓管液面高程讀數(shù)液 面 高 程單 位厘米厘米厘米厘米厘米厘米厘米1212表1.2 計算算序項 目單位12121厘米23456注：設(shè)A點在水箱水面下的深度h0A 厘米。（六）回答問題 1、第1、2、3號管和4、6號管，可否取等壓面？為什么？2、第1、4、6號管和1、3號管中的液面，是不是等壓面？為什么？二、動量方程驗證實驗（一）實驗?zāi)康?、測定管嘴噴射水流對平板或曲面板所施加的沖擊力。2、將測出的沖擊力與用動量方程計算出的沖擊力進行比較，加深對動量方程的理解。（二）實驗原理應(yīng)用力矩平衡原理如圖2.

4、1所示：求射流對平板和曲面板的沖擊力。力矩平衡方程：，式中：；。 圖2.1 力矩平衡原理示意圖 恒定總流的動量方程為若令，且只考慮其中水平方向作用力，則可求得射流對平板和曲面的作用力公式為：式中：；射流射向平板或曲面板后的偏轉(zhuǎn)角度。時，。水流對平板的沖擊力時，時，（三）實驗設(shè)備實驗設(shè)備及各部分名稱見圖2.2，實驗中配有平面板和及的曲面板，另備大小量筒及秒表各一只。（四）實驗步驟1、記錄管嘴直徑和作用力力臂。2、安裝平面板，調(diào)節(jié)平衡錘位置，使杠桿處于水平狀態(tài)(杠桿支點上的氣泡居中)3、啟動抽水機，使水箱充水并保持溢流。此時水流從管嘴射出，沖擊平 圖2.2 動量原理實驗儀板中心，標尺傾斜。加砝碼并

5、調(diào)節(jié)砝碼位置，使杠桿處于水平狀態(tài)，達到力矩平衡。記錄砝碼質(zhì)量和力臂。4、用體積法測量流量用以計算。5、將平面板更換為曲面板，測量水流對曲面板的沖擊力并重新用體積法測量流量。6、 關(guān)閉抽水機，將水箱中水排空，砝碼從杠桿上取下，結(jié)束實驗。（五）注意事項1、量測流量后，量筒內(nèi)的水必須倒進接水器，以保證水箱循環(huán)水充足。2、測流量時，計時與量筒接水一定要同步進行，以減小流量的量測誤差。3、測流量一般測兩次取平均值，以消除誤差。（六）實驗成果及要求1、 有關(guān)常數(shù)。噴管直徑d= cm， 作用力力臂L= 7 cm， 實驗裝置臺號：2、 記錄及計算（見表2.1）。表2.1：計錄及計算表測次體積cm3時間s流量c

6、m3/s平均流量cm3/s流速cm/s沖擊板角度砝碼重量N×10-5力臂L1 cm實測沖擊力 F實N×10-5理論計算沖擊力F理N×10-53、 成果分析：將實測的水流對板的沖擊力與由動量方程計算出的水流對板的沖擊力進行比較，計算出其相對誤差，并分析產(chǎn)生誤差的原因。（七）思考題1、有差異，除實驗誤差外還有什么原因？2、實驗中，平衡錘產(chǎn)生的力矩沒有加以考慮，為什么？三、孔口與管嘴流量系數(shù)驗證實驗（一）實驗?zāi)康?、了解孔口流動特征，測定孔口流速系數(shù)和流量系數(shù)。2、了解管嘴內(nèi)部壓強分布特征，測定管嘴流量系數(shù)。（二）實驗原理當(dāng)水流從孔口出流時，由于慣性的作用，水流在出孔口

7、后有收縮現(xiàn)象，約在處形成收縮斷面c-c。收縮斷面c-c的面積與孔口的面積的比值稱為收縮系數(shù)。應(yīng)用能量方程可推得孔口流量計算公式如下 或 式中，為流速系數(shù)，為流量系數(shù)，為孔口中心點以上的作用水頭。已知收縮系數(shù)和流速系數(shù)或流量系數(shù)可求得孔口流量。本實驗將根據(jù)實測的流量等數(shù)據(jù)測定流速系數(shù)或流量系數(shù)。 當(dāng)水流經(jīng)管嘴出流時，由于管嘴內(nèi)部的收縮斷面處產(chǎn)生真空，等于增加了作用水頭，使得管嘴的出流大于孔口出流。應(yīng)用能量方程可推得管嘴流量計算公式如下 或 式中，為流速系數(shù)，為流量系數(shù)，為管嘴中心點以上的作用水頭。已知流速系數(shù)或流量系數(shù)可求得管嘴流量。本實驗將根據(jù)實測的流量等數(shù)據(jù)測定流速系數(shù)或流量系數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)理

8、論和實驗研究各系數(shù)有下列數(shù)值孔口 管嘴 由于收縮斷面位置不易確定，以及觀測誤差等原因，本實驗設(shè)備所測的數(shù)據(jù)只能逼近上述數(shù)據(jù)。（三）實驗設(shè)備實驗設(shè)備與各部分名稱如圖3.1所示。圖3.1 孔口管嘴實驗儀（四）實驗步驟1、熟悉儀器，記錄孔口直徑和管嘴直徑，記錄孔口中心位置高程和水箱液面高程。2、啟動抽水機，打開進水開關(guān)，使水進入水箱，并使水箱保持溢流，使水位恒定。3、關(guān)閉孔口和管嘴，觀測與管嘴相連的壓差計液面是否與水箱水面齊平。若不平，則需排氣調(diào)平。4、打開管嘴，使其出流，壓差計液面將改變，當(dāng)流動穩(wěn)定后，記錄壓差計各測壓管液面，用體積法或電子流量計測量流量。5、關(guān)閉管嘴，打開孔口，使其出流，當(dāng)流動穩(wěn)

9、定后，用游標卡尺測量孔口收縮斷面直徑，用體積法或電子流量計測量流量。6、關(guān)閉水泵，排空水箱，結(jié)束實驗。（五）注意事項1、量測流量后，量筒內(nèi)的水必須倒進接水器，以保證水箱循環(huán)水充足。2、測流量時，計時與量筒接水一定要同步進行，以減小流量的量測誤差。3、測流量一般測兩次取平均值，以消除誤差。4、少數(shù)測壓管內(nèi)水面會有波動現(xiàn)象。應(yīng)讀取波動水面的最高與最低讀數(shù)的平均值。（六）實驗成果及要求1、有關(guān)常數(shù)?？卓谥睆?cm、管嘴直徑 cm、 孔口中心位置高程 cm、水箱液面高程 cm，實驗裝置臺號：2、記錄及計算（見表3.1、表3.2）。表3.1 孔口實驗記錄及計數(shù)表測次體積W時間T流量Q平均流量Q平均水頭H收縮斷面dc收縮系數(shù)流速系數(shù)流量系數(shù)注：水頭H為孔口中心到水箱液面的垂直高度。表3.2 管嘴實驗記錄及計數(shù)表測次體積W時間T流量Q平均流量Q平均水頭H流量系數(shù)n各測壓管液面讀數(shù)0.5d