1、 靜水壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn) （Experiment of Stastic Hydraulics Pressure）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、系

2、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、亦為、；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：+ = 或： （1.1）式中： 被測(cè)點(diǎn)在基準(zhǔn)面以上的位置高度； 被測(cè)點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)，用相對(duì)壓強(qiáng)表示，以下同； 水箱中液面的表面壓強(qiáng)； 液體容重； 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： = = （1.2） 據(jù)此可用儀器直接測(cè)得四、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)；2）加壓方法 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

3、 開啟筒底閥11放水；4）檢查儀器是否密封 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)0=0），記錄水箱液面標(biāo)高和測(cè)管2液面標(biāo)高（此時(shí)=）；2）關(guān)閉通氣閥6及截止閥8，加壓使形成00，測(cè)記及；3）打開放水閥11，使形成00（要求其中一次0，即），測(cè)記及。4、測(cè)出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。1）開啟通氣閥6，測(cè)記；2）關(guān)閉通氣閥6，打氣加壓（00），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)記及（此過程

4、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（00），使U型管中的水面與油面齊平（圖1.3），測(cè)記及（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：= = = = 9.8×10-3 2、分別求出各次測(cè)量時(shí)A、B、C、D點(diǎn)的壓強(qiáng)，并選擇一基準(zhǔn)面驗(yàn)證同一靜止液體內(nèi)的 任意二點(diǎn)（C、D）的（）為常數(shù)。3、求出油的容重。0 = 0.0080 N/cm3六、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

5、和油水界面至油面的垂直高度和，由式求得。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，為表面張力系數(shù)；為液體容重；為測(cè)壓管內(nèi)徑；為毛細(xì)升高。常溫（=20）的水，=7.28，=0.983。水與玻璃的浸潤(rùn)角很小，可認(rèn)為cos=1.0。于是有 （、單位均為）一般來說，當(dāng)玻璃測(cè)壓管的內(nèi)徑大于10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)高度也較靜水小；當(dāng)采用有機(jī)玻璃管作測(cè)壓管時(shí)，浸潤(rùn)角較大，其較普通玻璃管小。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)

6、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及水箱中的而言，這個(gè)水平面才是等壓面。因?yàn)橹挥腥烤邆湎铝?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)B0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。 文 透 里 流 量 計(jì) 實(shí) 驗(yàn) （Determine of flow

7、 with Venturi Pipe）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟆?、掌握文透里流量計(jì)的原理。2、學(xué)習(xí)用比壓計(jì)測(cè)壓差和用體積法測(cè)流量的實(shí)驗(yàn)技能。3、利用量測(cè)到的收縮前后兩斷面1-1和2-2的測(cè)管水頭差，根據(jù)理論公式計(jì)算管道流量， 并與實(shí)測(cè)流量進(jìn)行比較，從而對(duì)理論流量進(jìn)行修正，得到流量計(jì)的流量系數(shù)，即對(duì)文透里 流量計(jì)作出率定。 二、實(shí)驗(yàn)裝置、 三、實(shí)驗(yàn)原理、1、文透里管是一種常用的量測(cè)有壓管道流量的裝置，屬壓差式流量計(jì)。它包括“收縮段”、“喉 道”和“擴(kuò)散段”三部分，安裝在需要測(cè)定流量的管道上。在收縮進(jìn)口斷面1-1和喉道斷面 2-2上設(shè)測(cè)壓孔，連接比壓計(jì)，通過量測(cè)兩個(gè)斷面的測(cè)管水頭差，就可計(jì)算管道的理論

8、 流量，再經(jīng)修正得到實(shí)際流量。2、理論流量：水流從1-1斷面到達(dá)2-2斷面，由于過水?dāng)嗝娴氖湛s，流速增大。根據(jù)恒定總流 能量方程，若不考慮水頭損失，速度水頭的增加等于測(cè)管水頭的減小（即比壓計(jì)液面高差 ），這樣我們就可以通過量測(cè)到的建立兩斷面平均流速v1和v2之間的一個(gè)關(guān)系： 如果我們假設(shè)動(dòng)能修正系數(shù)，則另一方面，由恒定總流連續(xù)方程有： ， 即所以 于是 解得 最終得到理論流量為 ： 式中 3、流量系數(shù)：流量計(jì)流過實(shí)際流體時(shí)，由于兩斷面測(cè)管水頭差中還包括了因粘性造成的水頭損失，流量應(yīng) 修正為： 式中1.0，稱為文透里流量計(jì)的流量系數(shù)。流量系數(shù)除了反映粘性的影響外，還包括了在推導(dǎo)理論流量時(shí)將斷面動(dòng)

9、能修正系數(shù) 近似取為1.0帶來的誤差。流量系數(shù)還體現(xiàn)了漸變流假設(shè)是否得到了嚴(yán)格的滿足這個(gè)因素。對(duì)于文透里流量計(jì)而言，下游斷面設(shè)置在喉道，可以說漸變流假設(shè)得到了嚴(yán)格的滿足。對(duì)于某確定的流量計(jì)，流量系數(shù)取決于流動(dòng)的雷諾數(shù)：，但當(dāng)雷諾數(shù)較大（流速較高）時(shí)，流量系數(shù)基本不變。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟、1、 認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蟆?shí)驗(yàn)原理和注意事項(xiàng)，了解用壓差計(jì)測(cè)壓差和用體積法測(cè)流量的原理和步驟。2、 記錄設(shè)備編號(hào)、水溫及有關(guān)常數(shù)。3、 做好準(zhǔn)備工作后，啟動(dòng)水泵給水箱充水并保持溢流狀態(tài)，使水位恒定。4、 檢查下游閥門全開時(shí)，比壓計(jì)測(cè)管水面是否持平，如不平，則需排氣調(diào)平。5、 實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)：從最大流量開始，順次

10、減小閥門開度。待水流穩(wěn)定（比壓計(jì)液面穩(wěn)定）后，測(cè)讀比壓計(jì)讀數(shù)及測(cè)讀流量。順序進(jìn)行8個(gè)測(cè)點(diǎn)以上。6、 本實(shí)驗(yàn)配有計(jì)算機(jī)自動(dòng)量測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)率定過程中壓差和流量的數(shù)據(jù)自采及處理。7、 檢查數(shù)據(jù)記錄是否缺漏？是否有某組數(shù)據(jù)明顯地不合理？若有此情況，進(jìn)行補(bǔ)正。8、 課后整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出流量計(jì)在各種流量下的和值，繪制的率定關(guān)系曲線及曲線。9、 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論，閱讀思考問題，作簡(jiǎn)要回答。五、實(shí)驗(yàn)成果及要求、1、 有關(guān)常數(shù)：儀器編號(hào)： 有關(guān)常數(shù)： 水溫 = 量水箱斷面積= 進(jìn)口直徑= 喉道直徑= 記錄及計(jì)算表格 = 次數(shù)測(cè)壓管讀數(shù)（cm）體積時(shí)間=/ （cm3/ s）=（cm3/ s）=/（cm）

11、（cm） （cm3） （s）12345678910 六、實(shí)驗(yàn)分析及思考題、 1、 文透里的實(shí)際流量與理論流量為什么會(huì)有差別？這種差別是由哪些因素造成的？2、 文透里流量計(jì)的流量系數(shù)為什么小于1.0？3、 為什么在實(shí)驗(yàn)中要反復(fù)強(qiáng)調(diào)保持水流恒定的重要性？4、 影響文透里流量系數(shù)的因素有哪些？5、 文透里流量計(jì)水平或垂直放置對(duì)值有無影響？ 動(dòng) 量 方 程 實(shí) 驗(yàn) （Momentum Principle）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、

12、圖1.1 動(dòng)量方程實(shí)驗(yàn)裝置圖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 Q () 圖 1.2 圖 1.3取隔離體如圖1.3所示，因滑動(dòng)摩擦阻力

13、水平分力 0.5%，可忽略不計(jì)，故x方向的動(dòng)量方程化為 Q（）即 Q 式中： 作用在活塞形心處的水深； 活塞直徑； Q 射流流量； 射流速度； 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，由給定的管嘴直徑和活塞直徑代入上式，便可率定射流的動(dòng)量修正系數(shù)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(約0.5l 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

14、，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)0.5，亦即活塞軸向動(dòng)摩擦力不足總動(dòng)量力的5。 四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟、1、準(zhǔn)備熟悉實(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、開啟水泵打開調(diào)速器開關(guān)，水泵啟動(dòng)23分鐘后，關(guān)閉23秒鐘，以利用回水排除 離心泵內(nèi)滯留的空氣。3、調(diào)整測(cè)壓管位置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。4、測(cè)讀水位標(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)，即值。5、測(cè)量流量用體積法

15、或重量法測(cè)流量時(shí)，每次時(shí)間要求大于20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。調(diào)節(jié)調(diào)速器， 使溢流量適中，待水頭穩(wěn)定后，按35步驟重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。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= 1.198 ， 活塞直徑D = 1.990 2、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

16、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)=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 y平面通過翼片造成動(dòng)量矩的差所致，即Q Q Q 式中 Q 射流的流量； 入流速度在平面上的分速； 出流速度在平面上的分速； 入流速度與圓周切線方向的夾角，接近900； 出流速度與圓周切線方向的夾角； 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)