静水压力实验｜流体力学仿真实验平台

实验任务

测量静水压强、闸门合力和压力中心，比较部分浸没与完全浸没工况。

请先填写姓名、学号、班级和实验日期。

实验原理

静止液体中，同一液体的压强随测点深度线性增加。闸门可部分或完全浸没，合力仅由实际浸水面积上的压强分布决定。

p = ρgz F = ρgAȳ y_p = ȳ + I_G/(Aȳ)

p 测点表压 ρ 液体密度 g 重力加速度（9.81 m/s²） z 测点距自由液面的深度 F 受压面所受静水总压力 H 闸门总高度 H_s 实际浸水高度，H_s = min(H, h) A 闸门浸水部分面积 ȳ 浸水面积形心距自由液面的深度 I_G 浸水面积对自身形心水平轴的面积惯性矩 y_p 压力中心距自由液面的深度 完全浸没 H_s=H，ȳ=h−H/2，I_G=bH³/12 部分浸没 H_s=h，ȳ=h/2，y_p=2h/3

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实验装置与方法

先认识测压、闸门受力与工况比较方法，再进入仿真实验。

仪器设备与实验方法

透明静水箱

形成稳定自由液面并显示水深。

矩形闸门与测压探针

区分点压强、合力与压力中心。

深度标尺

读取自由液面以下的探针与闸门深度。

压力分布箭头

显示压强随深度线性增加的趋势。

参数控制器

调节 h、H、b、ρ 与探针深度 z。

数据记录表

记录原始工况并判断浸没状态。

点压强测量用 p=ρgz 核对探针表压。

分布压力合成由浸水面积求 F 与 yₚ。

对比实验法比较水深、密度与浸没状态。

实验步骤

1
确认参数
核对 h、H、b、ρ、z 与单位。
2
部分浸没
令 h＜H，观察实际受压面积。
3
测量点压强
改变 z，观察 p 随深度的变化。
4
完全浸没
令 h≥H，比较 F、ȳ 与 yₚ。
5
记录工况
先判断浸没状态，再保存原始工况。
6
完成覆盖
6组数据覆盖水深、密度和两种浸没状态。

有效记录必须浸没状态判断正确、参数组合不重复且 z≤h；至少完成6组，并覆盖2个水深、2种密度、部分浸没（H＞h）和完全浸没（H≤h）。

实验装置与工况控制

调节参数或点击水体可移动测压探针，观察压强分布和合力作用位置。

探针处表压 p7.85kPa

闸门所受合力 F12.75kN

压力中心深度 yₚ1.364m

静水压力动态装置

点击水体任意深度，可移动测压探针。

记录前判断当前浸没状态

工况参数（可调）

单位：SI

水深 h0.80～2.50 m

0.802.50

闸门总高度 H0.40～1.80 m

0.401.80

闸门宽度 b0.50～2.00 m

0.502.00

流体密度 ρ800～1200 kg/m³

8001200

kg/m³

探针深度 z0.05～1.80 m

0.051.80

实验引导工况

闸门浸没状态完全浸没

浸水面积形心深度 ȳ1.30 m

闸门顶缘压强7.85 kPa

闸门底缘压强17.66 kPa

数据记录

记录学生设定或读取的原始量；至少完成6组浸没状态判断正确、参数组合不重复且 z≤h 的有效工况，并覆盖2个水深、2种密度、部分浸没（H＞h）与完全浸没（H≤h）。

序号	h (m)	H (m)	Hₛ (m)	b (m)	ρ (kg/m³)	z (m)	浸没状态判断	操作
暂无记录。请先判断浸没状态并记录当前工况。

尚需：6条有效记录、2个水深、2种密度，以及两种浸没状态。

分析任务

根据装置现象和记录数据完成判断、计算与讨论。

1. 同一静止液体中，测点深度增加时表压如何变化？

线性增加保持不变逐渐减小

2. 其他条件不变，液体密度增大为原来的2倍，闸门所受合力将：

增大为2倍保持不变减小为一半

3. 竖直平面的压力中心通常位于其形心的：

下方同一位置上方

4. 根据当前工况完成计算（相对容差 ±3%）

探针处表压 p = ρgz：kPa

闸门合力 F = ρgAȳ：kN

压力中心偏移量 yₚ−ȳ：m

单位换算：1 kPa = 1000 Pa，1 kN = 1000 N。A=bHₛ；完全浸没时 I_G=bH³/12，部分浸没时 Hₛ=h、ȳ=h/2。

系统按当前工况和页面所示参数复算；答错时会提示检查单位或公式。

数据分析

实验结论与反思

实验报告

学生生成待评报告后，由具有身份验证的独立教师端完成评价。

报告尚未生成
完成上方清单全部4项后生成待评报告

静水压力实验