《建筑环境与能源应用工程专业综合实验》 教案 7-8 7.2.1静力学实验

静力学实验实验目的①验证静力学的基本方程。②学会使用测压管与U形测压计的量测技能。③灵活应用静力学的基本知识进行实际工程量测。实验原理由流体静力学的基本方程 （1）可知，在不可压缩静止流体里，任意一点的位置水头与压强水头之和是一个常数，即静止流体中任意点的测压管水头相等。在重力作用下，静止流体中任一点的静压强p也可以写成如下形式： （2）式中Z——被测点相对于基准面的位置高度；p——被测点的静水压强；p0——作用在液面上的压强，为表面力，它可以是固体对液体表面施加的作用力，也可以是一种液体对另一种液体表面的作用力，或气体对液体表面的作用力；——质量力重力引起的压强，，表示底面积为单位面积、高为h的圆柱体的液体重量。REF_Ref18875\h式（2）反映出静止液体中，任意点的静压强p随淹没深度h按线性规律变化。实验系统及装置流体静力学实验仪由盛水密闭容器、连通管、测压管、U形测压管、真空测压管、通气阀、截止阀、加压打气球、减压阀等组成，如REF_Ref18950\h图1所示。U形测压管中可注入不同种类的液体，以测定该液体的容重。图1流体静力学实验仪1-测压管；2-带标尺测压管；3-连通管；4-真空测压管；5-U形测压管；6—通气阀；7-加压打气球；8-截止阀；9-油柱；10—水柱；11-减压放水阀实验步骤及方法熟悉仪器的构成及其使用方法①关闭阀11，打开通气阀6，则1、2管液面齐平。②加压：关闭阀6、8、11，捏压加压打气球7，此时1、2管液面高程将高于水箱液面高程，表明密闭水箱液面处于正压状态。③减压：关闭阀6、8，开启减压放水阀11，待1、2管液面高程低于水箱液面高程后关闭阀11，此时密闭水箱液面为负压。④检查仪器密闭状况：加压后观察1、2、5管液面高程是否恒定。若下降，表明仪器漏气，需查明原因并予以解决。记录各点标高，确立测试基准面测点标高：ΔB、ΔC、ΔD分别为B、C、D点相对于带标尺测压管2的零点高程（为仪器名牌标注)测点位能：ZB、ZC、ZD分别为以容器底部D点的水平面为基准面，单位重量流体具有的位置势能。测量各点静压强①关闭阀11，开启通气阀6，此时p0=0。记录水箱液面标高0和测压管2液面标高2（此时0=2）。②关闭通气阀6和截止阀8，捏压加压打气球7，加压使p0>0，测记及0及2（加压3次）。③关闭通气阀6和截止阀8，开启减压放水阀11，使p0<0（减压3次，要求其中一次，2<3），测记0及2。测定油容重①开启通气阀6，使p0=0，即测压管1、2液面与水箱液面齐平后再关闭通气阀6和截止阀8，加压打气球7，使p0＞0，并使U形测压管中的油水界面略高于水面，然后微调加压打气球首部的微调螺母，使U形测压管中的油水界面齐平于水面REF_Ref19152\h图2，测记0和2（此过程重复进行3次，3次的测试误差控制在小于2mm为宜），取平均值，计算2-o=h1。设油的容重为，为油的高度。由等压面原理有：（3）图2油水界面齐平于水面图3水面与油面齐平②开启通气阀6，使p0=0，即测压管1、2液面与水箱液面齐平后再关闭通气阀6和截止阀8，然后开启放水阀11减压（p0<0），使U形管中的水面与油面齐平REF_Ref19182\h图3，测记0及2（此过程重复进行3次，3次的测试误差控制在小于2mm为宜），取平均值，计算0-2=h2。由等压面原理同样有： （4）整理得： （5） （6）实验数据记录与处理实验数据记录与处理表见REF_Ref19436\h表1、REF_Ref19459\h表2。表1流体静压强测量记录与计算表液面条件序号水箱液面0测压管2液面2压强水头测压管水头=2-B=2-C=2-Dp0=01p0>0123p0<0123表2油容重测量记录及计算表条件次数水箱液面0测压管2液面22-o2-o的平均值p0>0且U形管中水面与油水交界面齐平1h123p0<0且U形管中水面与油面齐平1h223