沿程阻力 中国石油大学(华东)流体力学实验报告

实验七、沿程阻力实验

一、实验目的填空

1．掌握测定镀锌铁管管道沿程阻力系数的方法；

2．在双对数坐标纸上绘制λ-Re的关系曲线；

3．进一步理解沿程阻力系数随雷诺数的变化规律。

二、实验装置

在图1-7-1下方的横线上正确填写实验装置各部分的名称

本实验采用管流实验装置中的第1根管路，即实验装置中最细的管路。在测量较大压差时，采用两用式压差计中的汞-水压差计；压差较小时换用水-气压差计。

另外，还需要的测量工具有量水箱、量筒、秒表、温度计、水的粘温表。

F1——文秋利流量计；F2——孔板流量计；F3——电磁流量计；

C——量水箱；V——阀门；K——局部阻力实验管路

图1-7-1 管流综合实验装置流程图

三、实验原理在横线正确写出以下公式

本实验所用的管路是水平放置且等直径，因此利用能量方程式可推得管路两点间的沿程水头

损失计算公式：

2

2f L v h D g

λ

= （1-7-1） 式中： λ——沿程阻力系数；

L ——实验管段两端面之间的距离，m ； D ——实验管内径，m ；

g ——重力加速度（g=9.8 m/s 2）； v ——管内平均流速，m/s ；

h f ——沿程水头损失，由压差计测定。 由式（1-7-1）可以得到沿程阻力系数λ的表达式：

2

2f

h D g

L v

λ= （1-7-2） 沿程阻力系数λ在层流时只与雷诺数有关，而在紊流时则与雷诺数、管壁粗糙度有关。 当实验管路粗糙度保持不变时，可得出该管的λ-Re 的关系曲线。

四、实验要求 填空 1．有关常数

实验装置编号：No. 7

管路直径：D = 1.58 cm ； 水的温度：T = 13.4 ℃；

水的密度：ρ= 0.999348g/cm 3； 动力粘度系数：μ= 1.19004 mPa ⋅s ； 运动粘度系数：ν= 0.011908 cm 2/s ； 两测点之间的距离：L = 500 cm

2．实验数据处理见表1-7-2

表1-7-2 沿程阻力实验数据处理表

3、以其中一组数据写出计算实例（包含公式、数据及结果）。 （1）汞柱差：12'''92.527.864.7h h h cm ∆=-=-=

沿程水头损失：()'

(13.61)64.7

815.221

Hg w f

w

h h cm ρρ∆ρ--⨯=

=

=

（2）运动粘度系数： -3

6221.1900410 1.190810/0.011908/999.348

m s cm s μνρ-⨯===⨯=

（3）流量：3()400(41.811.6)373.5312/32.34

u d A h h Q cm s t -⨯-===

（4）管内平均流速：22

4373.53124

190.51/1.58Q v cm s D ππ⨯=

==⨯

（5）雷诺数：

22

4

190.5110 1.5810

Re25277.61

0.01190810

vD

ν

--

-

⨯⨯⨯

===

⨯

（6）沿程阻力系数：

2

22

1.58108.1522

229.80.139114

5 1.9051

f

h

D

g

L v

λ

-

⨯

==⨯⨯⨯=

4．在双对数坐标纸上绘制λ-Re的关系曲线。

五、实验步骤正确排序

（5）．逐次关小V11，记录18组不同的压差及流量；

（2）．打开阀门V10排气，排气完毕将阀门关闭；

（7）．实验完毕后，依次关闭V11、实验管路左右两测点的球形阀，并打开两用式压差计上部的球形阀。

（1）．．阀门V1完全打开。一般情况下V1是开着的，检查是否开到最大即可；（4）．．用打气筒将水-气压差计的液面打到中部，关闭压差计上、下方的三个球形阀，将V11完全打开。待水流稳定后，记录压差计读数，同时用体积法测流量（压差5~7 cm汞柱时，打开压差计下方的两个球形阀，由汞-水压差计换用水-气压差计来读压差）；

（6）用量筒从实验管路中接足量的水，放入温度计5分钟后读出水的温度，查粘温表；

（3）打开实验管路左、右测点及压差计上方的球形阀，检查压差计左右液面是否水平。若不在，须排气（为防止汞发生外泄，排气时应在老师的指导下进行）；

六、注意事项

1．本实验要求从大流量（注意一定要把阀门V11完全打开）开始做，逐渐调小流量，且在实验的过程中阀门V11不能逆转；

2．实验点分配要求尽量合理，在记录压差和流量时，数据要一一对应；

3．使用量筒、温度计等仪器设备时，一定要注意安全；

4．做完实验后，将量筒、温度计放回原处，将秒表交回。

七、问题分析

1．如将实验管安装成倾斜的，比压计中的读数差是不是沿程水头损失f h ？

是。

利用实际流体的伯努利方程22

1122

1222f p v p v z z h g g γγ⎛⎫⎛⎫++=+++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭

，管路等径

等流量，根据连续性方程，所以流速相等，即12v v =，所以测压管水头差

1212f p p h z z γγ⎛

⎫⎛⎫=+-+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭。比压计读数为测压管水头，其中包含位置水头差，所

以当管路倾斜时，比压计中的读数差仍然是沿程水头损失f h 。

2．随着管路使用年限的增加，λ-Re 关系曲线会有什么样的变化？

随使用年限的增加，管壁的粗糙度变大。当管壁粗糙度小于层流边层厚度

时，粗糙度对层流核心区没有影响；当粗糙度大于层流边层厚度时，粗糙度暴露于湍流核心区，导致流体产生碰撞冲击，形成旋涡，阻力变大，使λ随Re 相关性变小，曲线变得逐渐平缓，并且向上抬高。

3．当流量、实验管段长度相同时，为什么管径愈小，两断面的测压管液面差愈大？其间的变化规律如何？

由沿程阻力计算公式2222

22

2348=22f L v L Q LQ h D g D D g D g λλλππ==可以看出，随着管径变小，沿程阻力变大。并且h f 与D 3成反比，具体对应关系如上式。