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§1-1静水压强实验(ExperimentofStasticHydraulicsPressure)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B、C、D亦为Bz、Cz、Dz;3、本仪器所有阀门旋柄顺管轴线为开。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为:z+p=const或:hpp0(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;0p——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=0=211hhh(1.2)据此可用仪器直接测得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)。五、实验数据记录及分析1、量测点静压强(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);记录:cmHO40.9w=9.8×10-33/cmNB=2.10cmC=-2.90cmD=-5.90cmaAPP相对压强:0~aAAPPP)(0BwawaBPhPP相对压强:)(30.7~waBBcmPPP)(0CwawaCPhPP相对压强:)(30.12~waCCcmPPP)(0DwawaDPhPP相对压强:)(40.15~waDDcmPPP2)关闭通气阀6及截止阀8,加压使形成p0>0,测记0及H;记录:条件:p0>0单位:(cm)标高次数12309.209.609.40H12.9031.4022.30p0>0即加压时,次数1:)(0HwawaAPhPP相对压强:)(70.3~waAAcmPPP)(BHwawaBPhPP相对压强:)(80.10~waBBcmPPP)(CHwawaCPhPP相对压强:)(80.15~waCCcmPPP)(DHwawaDPhPP相对压强:)(80.18~waDDcmPPP次数2:次数3:)(80.21~waAAcmPPP)(80.21~waAAcmPPP)(30.29~waBBcmPPP)(30.29~waBBcmPPP)(30.34~waCCcmPPP)(30.34~waCCcmPPP)(30.37~waDDcmPPP)(30.37~waDDcmPPP选择一基准面验证:(以次数3为例)同一静止液体内的任意二点(C、D)的(pz)为常数。)(4.31~wCCCCcmPPz)(4.31~wDDDDcmPPz即验证:DCzz=常数3)打开放水阀11,使形成p0<0(要求其中一次0Bp,即H<B),测记0及H。记录:条件:p0<0单位:(cm)标高次数123O9.409.409.40H6.300.803.50p0<0即减压时,次数1:)(0HwawaAPhPP相对压强:)(10.3~waAAcmPPP)(BHwawaBPhPP相对压强:)(20.4~waBBcmPPP)(CHwawaCPhPP相对压强:)(20.9~waCCcmPPP)(DHwawaDPhPP相对压强:)(20.12~waDDcmPPP0Bp次数2:(对应)次数3:)(60.8~waAAcmPPP)(90.5~waAAcmPPP)(30.1~waBBcmPPP)(40.1~waBBcmPPP)(70.3~waCCcmPPP)(40.6~waCCcmPPP)(70.6~waDDcmPPP)(40.9~waDDcmPPP选择一基准面验证:(以次数3为例)同一静止液体内的任意二点(C、D)的(pz)为常数。)(50.3~wCCCCcmPPz)(50.3~wDDDDcmPPz即验证:DCzz=常数2、测定油比重0s。1)开启通气阀6,测记0;记录:cmO40.92)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);记录:单位:(cm)标高次数123O9.409.389.42H18.0017.8018.20平均值:)(40.93)42.938.940.9(0cm)(00.183)20.1880.1700.18(cmH1h的均值:)(60.840.900.1801cmhH3)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)。记录:单位:(cm)标高次数12307.507.507.40H9.409.609.40平均值:)(50.73)40.750.750.7(0cm)(47.93)40.960.940.9(cmH2h的均值:)(97.150.747.902cmhH经查阅可知油的容重: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0h,由式00hhww求得0。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)/(0081.0103221100cmNhhhs)/(0080.03cmNs标0000025.1100标标sssr式中,为表面张力系数;为液体容重;d为测压管内径;h为毛细升高。常温(t=20℃)的水,=7.28mmdyn/,=0.98mmdyn/3。水与玻璃的浸润角很小,可认为cos=1.0。于是有dh7.29(h、d单位均为mm)一般来说,当玻璃测压管的内径大于10mm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:①重力液体;②静止;③连通;④连通介质为同一均质液体;⑤同一水平面。上述问题中,管5与水箱之间不符合条件④,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?答:测压管水头指pZ,即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。从实测数据或实验直接观察可知,同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。2)当pB<0时,试根据记录数据,确定真空度大小及所在区域。答:以当00p时,第2次B点量测数据(表1.1)为例,此时06.0cmpB,相应容器的真空区域包括以下3三部分:(1)过测压管2液面作一水平面,由等压面原理知,相对测压管2及水箱内的水体而言,该水平面为等压面,均为大气压强,故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域,均为真空区域。(2)同理,过箱顶小杯的液面作一水平面,测压管4中该平面以上的水体亦为真空区域。(3)在测压管5中,自水面向下深度为0HAP的一段水注亦为真空区。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等,亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等,均为0HAP。
本文标题:静水压强实验完成版
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