大庆石油学院石油工程专业实验指导01工程流体力学实验.docx

石油工程专业实验指导书实验目的和要求一、实验目的实验的主要目的：一是使学生掌握实验基本方法和技能，从而能够根据所学原理设计实验，正确选择和使用仪器；二是锻炼学生观察现象、正确记录数据和处理数据、分析实验结果的能力，培养严肃认真、实事求是的科学态度和作风；三是验证所学的原理，巩固、加深对相关理论原理的理解，提高学生对知识灵活运用的能力O二、实验要求为了达到上述目的，必须对学生进行正确的、严格的基本操作训练，并提出明确的要求。实验过程的基本要求如下：1 .实验前的准备(1)实验前必须充分预习，了解所要做的实验的目的、实验装置，掌握实验所依据的基本理论，明确要求进行测量、记录的数据，了解所用仪器设备的构造和操作规程，认真对待所做的每一个实验。(2)各班可以根据实际情况进行分组。实验时，组员之间应相互协作，默契配合，B用角分工，1叱操作，及时量测、记录、整理、2 .实验过程中的要求(1)按要求到指定的实验台，按仪器使用登记本检查核对仪器0(2)不了解仪器、设备、装置等的使用方法时，不得乱试；不得擅自拆卸仪器；仪器装置安装好后，必须经过指导教师检直无误后方能进行实验。(3)爱惜仪器，不得无故损坏实验室内的任何物品。遇有仪器损坏，应立即报告，检查原因，并登记损坏情况。(4)严格按照实验操作规程进行实验，不得随意改动。若确有改动的必要，应事先取得实验指导教师的同意。(5)记录数据要求完全、准确、整齐、清楚。所有数据均应记录，不要只记录认为合理的数据；尽量采用表格形式记录数据，注意养成良好的记录习惯。(6)充分利用实验时间，观察现象，记录数据，分析和思考问题，提高实验效率。(7)在未经允许的情况下，不应进行其他实验。(8)实验完毕，将实验原始记录数据交指导教师审查，合格后方能结束实验；如果不合格，则应分析原因，补做或重做。(9)实验完毕后，切断电源，关闭仪器设备，将仪器复位，将实验室打扫干净，最后在仪器使用登记本上写明仪器使用情况并签名，经实验技术人员检直后方可离开实验室。3.实验数据的处理和实验报告(1)弄清数据处理的原理、方法、步骤及数据应用的单位，仔细地进行计算，正确表达数据结果。处理实验数据应各人独立进行。(2)认真撰写实验报告，内容可包括：实验目的、实验原理、仪器装置示意图、实验数据、结果处理及分析思考题(讨论)等项O实验数据尽可能采用表格形式，数据处理和作图应按相关规定进行。讨论内容包括：对实验过程中特殊现象的分析和解释、对实验结果的误差分析、对实验进一步改进的意见和想法，以及实验后的心得和体会等。实验报告是整个实验非常重要的一项工作，要及时完成。写报告的过程中要善于思考、钻研问题，耐心计算，工整书写，图表清晰，结果正确，鼓励用计算机独立处理数据并生成实验报告。反对粗枝大叶、错误百出、字迹潦草、敷衍了事等。第一部分工程流体力学实验一静水压强量测实验一、实验目的(1)验证水静力学基本方程十:一(，加深对水静力学基本方程、位置水头-、压强水头上、测压管水头之十-物理意义的理解。(2)掌握U形管和连通管测压原理。(3)实测静水压强，掌握静水中任意一点压强的测量方法。(4)观察真空现象，加深对真空压强(真空度)的理解。(5)能够运用等压面概念分析问题。(6)能测求水箱液面压强A)(包括N>/'a和Po<a两种情况，其中於为大气压)。(7)能测求未知液体(食盐水、油等)的密度二、实验装置静水压强实验仪结构示意图如图I-I-I所示。实验装置由以下几部分组成：(1)升降机构：由滑块1、滑杆2、手柄3、U形卡4组成。滑块可沿滑杆上下滑动，U形卡用于对滑块进行定位。(2)3个全透明密封有机玻璃盛水水箱7,即左水箱、中水箱、右水箱。每个水箱均由上、下、左、右、前、后6块有1胧璃板蹴而成，其左板、上板、下板、后板开有小孔，具体分布如下：左水箱共开6个孔，下板：Byi后板：B1；上板：BifBio；左板Bn/Bi20中水箱共开3个孔，下板：B8；后板：B5；上板：B2O右水箱共开3个孔，下板：B9；后板：B6；上板：B3。图I-I-I静水压强实验仪结构示意图1一滑块；2滑杆；3-手柄；JU形卡；S-调压筒；6-实验台;7有机玻璃水箱；8金属管；9-进水阀；10副测压排架；11一主测压排架(3)排气阀：V2,V4,V6共3个。排气阀打开，液面压强与大气压相等。排气阀关闭，调节调压筒5,可实现液面压强低于或高于大气压。(4)乳胶管0起连接作用，使孔、排气阀、调压筒、金属管等相通。(5)金属管80通过乳胶管一端连接可升降调压筒，另一端与3个水箱的下板孔连通。(6)调压筒5。其顶部与大气连通，底部通过乳胶管与金属管连通调压筒的上升和下降可通过升降机构实现O(7)主测压排架I1.该排架上安有4支U形管比压计，共8根测压管，编号分别为，其中，左侧U形管中的液体为待测密度液体，其他管内液体为水。(8)副测压排架10。由3根管组成，即一单管测压计，一复管比压计。(9)进水阀V1fV3,V5e打开该阀，可使调压筒及水箱中的流体相通.也可用止水夹代替。3个水箱顶板小孔Bi,B2,B3与排气阀V2,V4,V6相通。后板3个小孔B4,B5,B6孔口位置较高，其接出的胶管分别与主测压排架11中的3个U形管比压计.，-，-中的测管，相通，U形管比压计-与水箱暂不连通，待用o当测其他液体(如酒精或油)的密度X时，可用U形管比压计-，-，只需将B4孔与主测压排架中测压管相通，BlO孔与副测压排架10上管9相通即可。副测压排架10±U形管比压计-与测点A接通;单管测压计。11与测点(小孔)B接通。三、实验原理(1)测压管的一端接大气，一端接被测点，利用液体平衡规律，可知连通静止液体区域中任意一点的压强。这就是测压管量测静水压强原理。(2)重力场中静止液体的压强分布规律可表示为：十Y=C或pab-氏十yh,即在连通的同种静止液体中，各点对于同一基准面的测压管水头相等。在做Po>Pa实验时，测压管，的液面高度h，%分别为：%-二A+1.(1-1-1)Yh一TB十J(1-1-2)式中PA,/8-分别为A,B点处的压强，即测压管，液面分别到A,B点的垂直水柱高度与水的重度的乘积O若h-S,则有5十蚀-汨十趣-常数。7Y(3)位置水头和压强水头j,-之间的互相转换，决定了液柱高和压差的对应关y系：Ap-YAZ在压差相同的情况下，不同的液体对应不同的液柱高。根据此原理可以测定未知液体的密度O在做A)>Aa实验时，测压管，中水的压差A%与测压管，中未知液体的压差Apx相等，即：.i,wwQhwrg×wQ(%h)Q住g(h一%)(1-1-3)加-M-二(1-14)一?%-凡-»二十(1-1-5)F1W>-',式中Px-待测液体的密度；5Pw一水的密度；分别为测压管，的液面高度；X-待测液体的相对密度。(4)实验中测液面压强及。当I1O>Pa时，2-JWAhW-fxghx-vvg（%一h）。0,g（h一h）。当Jfo<Pa时，加一v9,w-fg（卜-h）其中，l,%,h，%,%,分别为测压管，的液面高度。四、实验步骤(1)认真阅读实验目的和要求、实验原理及注意事项。(2)熟悉仪器，测记有关常数。(3)关闭中、右水箱进水管上的阀门V3,V5(用止水夹夹紧进水乳胶管)，使水不能进入中、右水箱中o打开左水箱上的排气阀Vlj转动升降机构上的手柄3,将调压筒5调置适当高度，用U形卡4固定升降装置，使水箱内的液面与大气相通。待水面稳定后，此时液面压强W-M观察测压管，Oll中的液面位置，以验证等压面原理及水静力学基本方程O(4)关闭排气阀V2,转动升降机构上的手柄3,将调压筒5升至某一高度(首次高度要低些)。待水面稳定后，此时水箱内液面压强!>Pao观察测压管，011中的液面变化，并测记测压管，011的液面高度h,h,h,hjzh转动升降机构上的手柄3,将调压筒5继续提高，再做两次实验，并测记测压管，Oll的液面骸j,h,h,%,h。(5)关闭左、右水箱进水管上的阀门V1,V5(用夹子夹紧进水乳胶管)，打开中水箱进水管上的阀门V3,使水不能进入左、右水箱而能进入中水箱中。转动升降机构上的手柄3,将调压筒5放置适当高度，用U形卡4固定升降装置。打开中水箱上的排气阀V4,使中水箱内的液面与大气相通，待水面稳定后(中水箱上的液面与调压筒5的液面平齐)，观察测压管，中的液面位置，以验证等压面原理。(6)关闭中水箱上的排气阀V4,转动升降机构上的手柄3,使调压筒5缓慢下降到一定的高度(首次高度要高些)，用U形卡4固定升降装置。待水面稳定后，此时水箱内液面压强,<>ao观察测压管，(压差计)中的液面变化，并测记测压管，的液面高度,h。(7)将调压筒5继续降氐，再做两次实验，并测记测压管，的液面高度h，h。(8)关闭左、中水箱进水管上的阀门V1,V3(用夹子夹紧进水乳胶管)，打开右水箱进水管上的阀门Vs,使水不能进入左、中水箱而能进入右水箱中。转动升降机构上的手柄3,将调压筒5放置适当高度，用U形卡4固定升降装置o打开右水箱上的6排气阀V6f使中水箱内的液面与大气相通，待水面稳定后(右水箱上的液面与调压筒5的液面平齐，此时液面压强Po-Pa),观察并测记测压管，中的液面高度h，h，以验证等压面原理。(9)将调压筒5升高或降低，观察测压菅，中的液面高度%,h是否会发生变化并进行测记。五、注意事项(1)首先检查密封箱是否漏气(检查方法自己考虑)。(2)升降调压筒5后，要用U形卡4卡住升降装置0(3)在读取测压管读数时，一定要等液面稳定后再读，并注意使视线与凹液面处于同一水平面上O(4)读数时，测压管标号和记录表中的高度要相互对应O六、实验数据记录及结果1.有关固定数据实验装置台号：.有关常数：水的密度加一1.OXlO3kgm3,点高度上一cm,点高度I.>_o是痛上的管嘴In中心点高度,h是以过副测压排架上标尺零点水平面作为基准面用直尺测量所得的数据2.测压管液面高度记录表格实验记录数据填于表1.l-I中。表I-I-I测压管液面高度记录数据工况测次l/cm/cm,/cm/cm1/cmcm%/cm3/cmhn/cm4>123u<n1234123注：凡本书表格中标有“一"，无须填写.3.实验结果实验结果数据填于表1.1-2中。表1-1-2静水压强量测结果数据肆序项目单位*l>Aa12312311一.m23-4®m3以3×一1kg-m-34COa十×r1一Pa+wfc3Pa