管道汇流口局部阻力试验研究
流体流动阻力的测定实验报告
流体流动阻力的测定实验报告流体流动阻力的测定17321001 1120162761 王晓鸽一、实验目的1. 掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的实验方法。
2. 测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区λ与Re的关系曲线。
3. 测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数ξ。
4. 学会流量计和压差计的使用方法。
5. 识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。
二、实验原理流体通过由直管、管件和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。
流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。
流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。
1．直管阻力摩擦系数λ的测定流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：?pfp1?p2lu2hf===λ 即，2d?pfλ= 式中：λ—直管阻力摩擦系数，无因次；d—直管内径，m；?pf—流体流经l米直管的压力降，Pa；hf—单位质量流体流经l米直管的机械能损失，J/kg；ρ—流体密度，kg/m3；l—直管长度，m；u—流体在管内流动的平均流速，m/s。
层流流时，64λ= 湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度的函数，须由实验确定。
欲测定λ，需确定l、d，测定?pf、u、ρ、μ等参数。
l、d 为装置参数，ρ、μ通过测定流体温度，再查有关手册而得，u通过测定流体流量，再由管径计算得到。
?pf可用U型管、倒置U型管、测压直管等液柱压差计测定，或采用差压变送器和二次仪表显示。
求取Re和λ后，再将Re和λ标绘在双对数坐标图上。
2．局部阻力系数ξ的测定局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。
本实验采用阻力系数法。
流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。
即：fhf′==ξ因此，2?pf′ξ=式中：ξ—局部阻力系数，无因次；?pf′－局部阻力压强降，Pa；ρ—流体密度，kg/m3；u—流体在管内流动的平均流速，m/s。
实验一 管路沿程阻力测定
实验一 管路沿程阻力测定一． 实验目的1. 掌握流体流经管道时沿程阻力损失的测定方法。
2. 测定流体流经直管时的摩擦阻力，确定摩擦系数λ与Re 的关系3. 测定流体流经管件时的局部阻力，并求出阻力系数ξ。
4. 学会压差计和流量计的使用。
二． 实验原理 1. 沿程阻力流体在水平均匀管道中稳定流动时，由截面1到截面2，阻阻力损失表现为压强降低：pp p h f 21-=湍流十分复杂需通过实验研究。
影响阻力损失因素：密度ρ，粘度μ，管径d ，管长l ，管壁粗糙度ε，流速u 。
变量关系式：△P=f （d ，l ，μ，ρ，u ，ε） 引入λ=φ（dR e ε,）则变为：22ud l ph f λρ=∆=上式中：λ称直管摩擦系数，滞流时，λ=64/e R ;湍流时：λ与e R 关系受管壁粗糙度影响。
由伯努利方程知沿程阻力损失由R 算出：ΔP=R （ρ指-ρ水）g2. 局部阻力当量长度法：2.2u d l l h e f ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=∑∑λ l 是管路长度，∑e l 是当量长度之和。
阻力系数法：2.2uh p ξ=ξ-局部阻力系数，无因次， u-在小截面管中流体的平均速度（m/s ）p h 可由伯努利方程由读数R 求出，流速u 的计算：u=24/dV s π（m/s ）三． 实验装置与流程1. 本实验装置及设备主要参数：被测元件：镀锌水管，管长20m ，管径（公称直径）0.0021m ，闸阀D=3/4 1) 测量仪表：U 形压差计（水银指示液）；LW-15型涡轮流量计 2) 循环水泵。
3) 循环水箱。
4) DZ15-40型自动开关。
5)数显温度表2.流程四．实验操作步骤及注意事项1.打开压差计上平衡阀，关闭各放气阀。
2.启动循环水泵。
3.排气：（1）管路排气（2）测压管排气（3）关闭平衡阀，缓慢旋转压差计上放气阀排除压差计中的气泡，排气完毕，4.读取压差计零位读数。
5.开启调节阀至最大，确定流量范围，确定试验点，测量直管部分阻力和局部阻力。
实验三管道流体阻力的测定
管道流体阻力的测定
一．实验目的
1．掌握测定流体流动阻力的一般实验方法； 2．测定直管阻力Hf 和直管摩擦系数及阀 门全开时的局部阻力和局部阻力系数； 3．验证在一般湍流区内 与Re（以Dg40 管道计）的关系曲线
二．实验装置
1．本实验有二套相同装置（见图3—1），每套 装置上设有二根DN 25（管道规格33.5×3.25） 测试管路用来测定流体阻力，各装有DN 25孔板。 流体（水）经离心泵输送至管路，并由管路出口 处的调节阀5调节流量。 2．管路上设置三组U型差压计，每组差压计用水 银—水或四氯化碳—水差压计，分别用来测定孔 板、直管阻力和管件总阻力的静压差。从测压孔 引出的高低压管间有平衡阀相连。
Hf
p
示 R f g 102
流体的流速u可由孔板流量计两边引出的差压计读 数R(cmHg),按下式求取：
u aR [m/s] (3—3) 式中a和n值由实验测定提供。 由式 (3—1)、(3—2)、(3—3)可得：
n
(3—4) l1u 2 而雷诺数 du Re (3—5) 式中： —流体（水）的粘度 [Pas]。 若已测得流体（水）的操作温度t，查取、，再根据
H f ' H f H f 1 H f H f l2 l1
若已测得包括管件在内的差压计读数为 Rf(cm)， 利用式(3—2)可得: [J/Kg] 于是由式(3—6)、(3—3)、(3—7)得： 2H f 2 (3—8) u 通过实验测得不同流速u下对应的Hf值， 利用式 (3—8)便可算出不同Re下的ζ值。ζ 值与管件的几何形状及流体的Re1有关。但 当Re大到一定值后，ζ与Re无关，为一定 值。
第15讲流体的管内流动与水力计算：管道阻力系数的研究
粗糙管区(尼古拉兹曲线的紊流祖糙管平
方阻力区)。皮勾(B．J．S．Pigott)推
荐的过渡区同完全紊流粗糙管区之间分
界线的雷诺数为
Re
3500
D
3、非圆管流的沿程损失
在工程应用中输送流体的管道不一定都是 圆形截面，例如通风、空调系统的管道大多都 采用矩形截面，有些场合还会遇到圆环形管道。 在锅炉或其它换热器中还会遇到沿管束流动等 更为复杂的情况。对于这些非圆形管道的阻力 计算问题，沿程阻力的计算公式和雷诺数的计 算公式对于这些非圆形管道的阻力计算问题， 沿程阻力的计算公式和雷诺数的计算公式仍然
区的过渡区，其沿程阻力系数与相对粗 糙度和雷诺数均有关。
5）粗糙管区（紊流粗糙管平方阻力区） 不同相对粗糙度的实验曲线都与横坐标轴平
行，沿程阻力系数与雷诺数Re无关，只与相对粗 糙度有关，流动进入区域V。在这一区间流动的 能量损失与流速的平方成正比。紊流粗糙管过渡 区Ⅳ与紊流粗糙管平方阻力区V以图中的虚线为 分界线，这条分界线的雷诺数为
5、三通
流体流经三通等管件时，流体的流
量将发生变化，从而使流动速度发生变 化，所以可引起局部能量损失。三通的 形式很多，但一般情况下，根据流量变 化的特征，把它分为分流式和汇流式两 种。三通的局部阻力一方面取决于它的 几何参数（截面比、角度等），另一方 面还取决于三通前后流量的变化。
注意：查表可发现，某个分支的局部阻力 系数可能出现负值。这是因为两股不同 流速的流体汇流时，或者流体分流为两 股不同流速的流体时，高速支流将其部 分能量传递给了低速支流，使低速支流 能量有所增加。如果低速支流获得的能 量大于它通过三通时损失掉的能量，则 表现出的局部阻力系数就是负值。但是 三通中两支流的阻力系数不可能同时为 负值，即两支流的能量损失之和为正， 总能量只能减少，不能增加。
带调节阀片的合流四通局部阻力的实验
!
引言 在分流拉杆调节四通局部阻力特性的实验研究
上， 本课题组首先通过与美国 ()*+(, 和英国的 -. 证明了我们实 /. 012234 三通局部阻力系数的对比， 验数据的可信性， 并在此基础之上， 得到了工程设计
［!， &］ 所需的分流拉杆调节四通的基本数据 。本文系
在此基础之上， 采用同样的实验方法与测量仪器， 继 续对合流四通试件的局阻特性进行实验研究， 从而 得到了工程设计所需合流四通的基本数据。 " "#! 实验装置与实验内容 实验因素的确定 可调节合流四通的局部阻力系数， 分为旁支管 即 5 和直支管! 6 两种情况。显著影响因素有 7 个， ! ） 。 9 :5 ; :<， :5! ; :5& ， (5 ; (<， :5! ; :5& ， +3， " !8（ 其中 :5— — —支管的风速 （包括旁支管 5!、 =& 和直 ， 支管 6） > ; ?； — —主风管 < 的风速， :<— > ; ?； — —旁支管 5! 的风速， :5! — > ; ?； — —旁支管 5& 的风速， :5& — > ; ?； — —支管的截面积 （包括旁支管 5!、 (5— 5& 和 直支管 6） ， >& ； — —主风管 < 的截面积， (<— >& ； — —直支管 6 的截面积， (6— >& ； — —旁支管 5! 的截面积， (5! — >& ； — —旁支管 5& 的截面积， (5& — >& ； — —雷诺数； +3— — — —合流 四 通 调 节 阀 片 （共 两 个） 的 开 度， " 度。
5局部阻力的计算与管路计算(共用)
实验测定局部阻力损失应注意：流体流经弯头、阀门等处所产生的旋涡会带到 下游，要经过一定长度（约50倍管径d）后，管内流动才能重新达到充分发展的 流动。也就是说，局部损失的起因虽是局部的，但其完成却需要约50d的距离。
二、几种典型的局部阻力 （1）（流通截面）突然扩大
当流体流过突然扩大的 管道时，流速减小，压力相 应增大，流体在这种逆压流 动过程中极易发生边界层分 离，即流股与壁面之间的空 间产生旋涡，使高速流体的 动能变为热量散失。
（2）设计型问题
给定输送任务（如流量Vs），要求设计出技术上可行、经济上合理的管路。关键在于 确定优化的管径。
Vs 管子中的平均线速度： u = A
故
A 流通截面积： =
π
4
d2
4Vs d= πu
Vs一定：u ↑，d ↓
对于给定的流量，输送流体的平均流速（或管径）不是任意选都可以，影响 设备费和操作费。
作业 长学时： 短学时：
第五节 管路计算
第一部分 概述
简单管路 化工生产中的管路
（据连接方式不同）
复杂管路
设计型问题 管路计算
（包括定量计算和定性分析）
操作型问题
（1）操作型问题
管路系统已定，考察操作条件（如阀门开度）改变时对流动参数（如流量、 压力）的影响，或核算某项技术指标（如泵的扬程、轴功率是否够用）。
工程上依据经验总结，已有某些流体经济流速的大致范围 （p17表1-1；短p50表1-3 ）。 故已知输送任务流量， 在设计管路输送系统时，参考那个表： ●查表（长p26表1-1，短p50表1-3 ），确定各种流体在管内合 适的流速； ●根据输送体积流量计算管径，圆整；查管子的国家标准 （P314；短P381 ） ，选规格；再核算是否符合经济流速。
实验四：直管阻力、局部阻力测定实验
实验四：直管阻力、局部阻力测定实验实验要求：测量直管型的全阻力和局部阻力。
绘制全阻力和局部阻力曲线。
实验原理：随着流体在直管道中流动时，其速度在管道的阻力作用下会不断降低，所产生的总阻力取决于流体的特性及管道的几何尺寸，流体的特性由储罐中混合的润滑油的流量和粘度决定，管道的几何尺寸由直管的长径比和侧面比决定。
本次实验，我们以原液储罐中特定压力，以固定流量穿过不同管道型号，然后通过抽水泵和流速变送器观察到管道阻力的改变，从而测量出直管型的全阻力和局部阻力。
实验装置：直管实验架（紫色）就一些型号的管道，用管道的不同长径比和侧面比来模拟管道的阻力，水泵（红色）用来提供固定流量,通过流量变送器（橙色）来控制推力水泵流量，热电偶包括温度传感器（白色）用来测量推力水泵的入口温度和出口温度，便于测定水泵的效率。
实验步骤：（1）根据管道类型，按照正确的安装拆装方式拆装和安装直管。
（2）根据管道类型，选择适当的推力水泵、管道节流阀和流量变送器。
（3）将润滑油放入润滑油储罐中，润滑油粘度等参数要符合实验要求。
（4）调节推力水泵的叶片和容量，稳定流量变送器和节流阀，读取流速变送器显示的流量值，尽可能让流量趋于不变。
（5）根据管道类型，用正确的安装件将流量变送器、温度传感器和流量计放置在水泵入口处，将热电偶安装在入口处和出口处。
（6）根据水泵排量、节流阀开度和流量变送器状态，观察温度传感器读数变化，记下入口温度和出口温度。
（7）再次稳定推力水泵、润滑油温度变化等，读取流量变送器显示的流量值。
用不同节流阀开启度中，用相同流量探测各管道型号的全阻力和局部阻力，以及润滑油的温差，用绘制曲线的方式呈现出来。
（8）完成各管道的测量后，将管道拆卸，清理平台，实验完成。
实验结果：根据测量值，可绘制出全阻力和局部阻力的曲线图。
从曲线图中可以看出，管道的几何尺寸和流体特性都会影响阻力的大小，同时单位流量下润滑油的温差也就得出。
实验总结：本次实验采用直管型来测量全阻力和局部阻力，用抽水泵结合流量变送器以及热电偶及温度传感器，结合润滑油的流量和粘度，可以准确测量阻力。
管道突然扩大局部阻力系数初探
管道突然扩大局部阻力系数初探
管道突然扩大是流体力学中常见的问题。
随着管道口径的加大，局部阻力系数可能会发生变化，从而影响流体的流动性能和动力性能。
因此，了解管道突然扩大后的局部阻力系数对输水管道系统的性能设计和分析具有重要意义。
管道突然口径扩大会引起流体动态压力的变化，改变流体的流量和动能，并引起流动态气泡和涡流等现象。
这些现象会对流体的流速和粘度等物理性质产生影响，从而影响局部阻力系数。
试验研究表明，管道突然口径变大对局部阻力系数的影响规律是：当管道口径突然扩大一倍时，局部阻力系数会减半，即管道突然口径扩大的局部阻力系数会明显降低。
管道突然口径变大时，静压失重和动压失重也会以一定比例减少，表明管道突然口径变大时，流动阻力减弱明显。
试验研究还发现，通过减小膨胀系数，可以进一步降低管道突然口径变大后的局部阻力系数。
这是因为减小膨胀系数能够减弱流体中的向径变化现象，从而降低局部阻力系数。
此外，还研究了管道突然口径变大的特性及其影响的影响因素，如流体的流动角度、流体温度、管道膨胀系数等。
实验研究表明，以上因素对管道突然口径变大后局部阻力系数的影响有极大的影响。
综上所述，管道突然口径变大时，局部阻力系数会有所变化。
管道突然口径变大后，静压失重和动压失重也会以一定比例减少，表明管道突然口径变大时，流动阻力减弱明显。
此外，通过减小膨胀系数，可以进一步降低管道突然口径变大后的局部阻力系数。
此外，另一些因素，如流体流动角度、温度、管道膨胀系数等，也会对管道突然口径变大后局部阻力系数产生影响。
流体流动局部阻力的测定实验流程
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油气水三相流流过弯管的局部阻力特性研究
油气水三相流流过弯管的局部阻力特性研究在保证系统运行可靠、经济实用的前提下，油气水三相流流过弯管的局部阻力特性对管网设计及操作具有重要意义，为了解油气水三相在弯管内的局部阻力特性，根据Fluent公司的实验技术，研究了
该油气水三相流在弯管内的局部阻力特性。
首先，介绍了流体力学和气体杂质输送原理，以及用于研究三相流在弯管内阻力特性的常见仪器和实验装置。
研究对象为管径为25mm、厚度4mm、弯头半径为105mm的SUS304材质弯管，在弯管中注入相
同粘度的油气水混合流体，控制混合比例，三相比例及流体温度、压力，研究弯管内流体的湍流、卷流、局部熵，及流量变化对局部阻力的影响。
其次，基于实验成果，研究了油气水三相流在弯管内的局部阻力特性。
实验表明，在调节油气水三相混合比例和流体温度、压力的情况下，油气水混合流体在弯管内的局部阻力主要由湍流及卷流组成，而当流量变化时，局部阻力也会有所变化，其变化趋势与局部熵相似，这表明局部阻力是受流量变化影响的。
最后，根据实验结果，归纳总结油气水三相流在弯管内的局部阻力特性，并定义其参数影响规律，提出了一些有关优化设计的建议，以期为管网的配置及运行提供参考。
本研究实验结果可作为设计及维护工程中油气水三相流在弯管
内的流动特性参考，对系统的可靠性和效率的提高具有重要意义。
综上所述，本研究从油气水三相流流过弯管的局部阻力特性研究
入手，研究了油气水混合流体在弯管内的湍流、卷流、局部熵以及流量变化对局部阻力的影响，定义了油气水三相流在弯管内的局部阻力特性及影响参数，并给出了优化设计的建议，为管网的配置及运行提供参考。
管道流动阻力的测定实验报告
姓名院 专业 班 年 月 日实验内容 指导教师 一、实验名称：管道流动阻力的测定二、实验目的：1. 学习U 型压差计的使用；2. 学习测量闸阀和90°弯头的局部阻力损失（h f `）的方法，计算局部阻力系数（ξ），学习直管阻力损失（h f ）的测定方法，计算出摩擦系数（λ）和雷诺准数（Re ），在双对数坐标纸上作λ-Re 关系曲线； 3. 学习流量计的标定。
三、实验原理：流体在管道中流动时，由于粘性力与涡流的存在，必然会引起能量的损失，这些损失可分为两类，即直管（沿程）阻力损失（h f ）和管件的局部阻力损失（h f `）。
1、直管阻力损失流体在圆形管流动时的阻力损失可用范宁公式计算： ]/[22kg J ud l h f ⋅=λ（1）式中： λ——摩擦系数l ——直管长[m] d ——管内径[m]u ——管内流速[m/s]，由下式计算：]/)[785.03600/(2s m d V u ⨯= （2） V ——流量[m 3/h]，由孔板流量计测定姓名院 专业 班 年月 日实验内容指导教师直管阻力损失由图2-2-1-1（a ）装置测定，原理如下： 在截面AA ’及BB ’之间列出柏努利方程： f BB BAA Ah p u gZp u gZ+++=++ρρ2222因是同内径的水平管段，故B A B A u u Z Z ==,，上式移项整理得： ]/[kg J p p h BA f ρ-=（3）在图2-2-1-1（a ）所示的U 形压差计内00`截面列能量方程： ρρρ)(R m g p gR gm p A s B ++=++(a)(b)图2-2-1-1 直管阻力测定姓名院 专业 班 年 月 日实验内容 指导教师整理上式得：]/)[(2m N gR p p S B A ρρ-=- （4） 将上式（4）代入式（3）得： ]/[)(kg J gR gR h s f =-=ρρρ（5）式中：g=9.8[N/kg]—重力加速度R ——压差读数[水]，[m]ρs=996[kg/m 3]——水的密度，由水温查表得 ρ——气体密度，本次试验记为0[kg/m 3]若用图2-2-1-1 (b)的∩压差计测压降（本实验室采用），则由式（3）得： ]/`[kg J gR p p h BBA f =-=ρ (6)或 ]`[2O mH R gp p h BA f =-=ρ (7)式中：R`——∩压差计读数[mH 2O]将式（5）或式（4）之值入（1）中，移项整理得摩擦系数计算值。
管路沿程阻力测定（实验报告）
管路沿程阻力测定（实验报告）实验一管路沿程阻力测定一实验目的1. 掌握流体流经管道时沿程阻力损失的测定方法。
2.测定流体流过直管时的摩擦阻力，确定摩擦系数λ与Re 的关系。
3.测定流体流过管件时的局部阻力，并求出阻力系数ξ 。
4.学会压差计和流量计的使用。
二实验原理流体在管内流动时，机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。
1.沿程阻力2u d l ph 2f ?=?=λρ λ称为直管摩擦系数，滞留时，e 64R =λ；湍流时，λ与e R 的关系受管壁粗糙度的影响，需由实验测得。
根据伯努利方程可知，流体流过的沿程阻力损失，可直接得出所测得的液柱压差计度数R(m)算出：()g -R p 水指ρρ=?2.局部阻力1）当量长度法2u d l l h 2e f+=∑∑λ 2）阻力系数法2u h 2p ?=ξ ξ-局部阻力系数，无因次；u-在小截面管中流体的平均流速（m/s ）三实验装置与流程1.本实验装置及设备主要参数：被测元件：镀锌水管，管长2.0m ，管径（公称直径）0.021m ；闸阀D=3/4.1）测量仪表：U 型压差计（水银指示液）；LW —15型涡轮流量计（精度0.5级，量程0.4~4.0m /h, 仪器编号Ⅰ的仪表常数为599.41（次/升），仪器编号II 的仪表常数为605.30（次/升），MMD 智能流量仪）。
2）循环水泵。
3）循环水箱。
4）DZ15-40型自动开关。
5）数显温度表2.流程：流体流动阻力损失实验流程图1）水箱 6）放空阀 11）取压孔2）控制阀 7）排液阀 12）U 形压差计3）放空阀 8）数显温度表 13）闸阀4）U 形压差计 9）泵 14）取压孔5）平衡阀 10)涡轮流量计四实验操作步骤及注意事项1.水箱充水至80％2.仪表调整（涡轮流量计﹑MMD 智能流量计仪按说明书调节）3.打开压差计上平衡阀，关闭各放气阀。
4.启动循环水泵（首先检查泵轴是否转动，开全阀13，全关阀2，后启动）。
管路沿程阻力的测定
江苏大学实验报告食品学院 食品1002班 周婧 3100901032实验一:管路沿程阻力的测定一、实验目的：（1）熟悉测定流体流经直管和管件时的阻力损失的实验组织法及测定摩擦系数的工程意义；（2）学会压差计和流量计的使用方法；（3）识别流程管路中各个管件、阀门并了解其作用。
二、基本原理：流体在直管中流动造成的机械能损失称为直管阻力损失，而流体在通过阀件，管件等局部障碍时，因流动方向和流动截面的突然改变所造成的机械能损失称为局部阻力损失。
流体在水平均匀管道中作定常流动时，由截面1流动到截面2的阻力损失表现为压强的降低，即：ρ21p p h f -=依据因次分析法，列出下列影响阻力损失的因素： 物性参数：密度 ρ ，粘度 μ ；设备参数；管径 d ，管长 L ，管壁粗糙度 ε ； 操作参数：流速 u 。
即：),,,,,(u l d f p μρε=∆ 组合成如下的无因次式：),,(2d d l du u p εμρϕρ=∆ 2),(2u d R d l pe ⋅⋅=∆εϕρ引入：22u d l ph f ⋅⋅=∆=λρ 则：式中 λ 为直管摩擦系数。
因此只要知道 λ 值就可计算任一流体在管道中的流动阻力损失。
λ为雷诺数及管壁相对粗糙度的函数，确定它们之间的关系只要用水作物系，在实验室规模的装置中，进行有限量的实验即可得到。
当量长度法：2)(2u d l l h e f ∑+=∑λ 局部阻力系数法：22u h e ζ= ξ——局部阻力系数，无因次；u ——在小截面管中流体的平均流速（m ／s ）。
由于管件两侧距测压孔间的直管长度很短，引起的摩擦阻力与局部阻力相比，可以忽略不计，因此h p 的值可以应用伯努力方程由液柱压差计读数R 求出。
u可以由涡轮流量计及MMD 智能流量仪算出：（m ／s ）式中Vs ——平均流量（m 3／s ） 三、实验装置与流程：1、本实验装置及设备主要参数：被测元件：镀锌水管，管长2.0m ，管径0.021m ；闸阀D ＝3／4 1） 测量仪表：U 形压差计（水银指示液）；LW-5型涡轮流量计（精度0.5级，量程0.4～4.0m 3／h ，仪器编号Ⅰ仪表常数为599.41（次／升），仪器编号Ⅱ的仪表常数为605.30（次／升），MMD 智能流量仪）2） 循环水泵 3） 循环水箱 4） DZ15-40型自动开关 5） 数显温度表 2、流程：1..水箱2.控制阀3. 放空阀4. U 形压差计5.平衡阀6.放空阀7.排液阀8.数显温度表 9.泵 10.涡轮流量计 11.取压计 12 U 形压差计 13. 闸阀 14.取压孔 四、实验操作步骤：1 仪表调整2 打开压差计上平衡阀，关闭各放气阀3 启动循环水泵4 排气：1）管路排气2）测压管排气3）关闭平衡阀，旋动压差计上放气阀排压差计中气泡5 读取压差计零位读数6 开调节阀至最大，确定流量范围，确定实验点7 测定读数8 实验装置恢复原状打开平衡阀，清理五、实验数据记录：实验装置号：Ⅰ；被测管长：2.0m；被测管径：0.021m；六、实验数据处理：以序号1为例：Vs=688/599.41/1000=0.001148 u=d d Vs ⋅π4=20011478.04dπ⨯=3.316 Re=μdup=79727, R 1=34.7, R 2=9.1ΔP 1 = R 1 （ρ指-ρ水）g=42902 ΔP 2= R 2 (ρ指-ρ水)g=11251l =212lu p d ρ∆⨯⨯=0.0822 222up ρζ∆⨯==2.05 七、结果分析与讨论1.用双对数坐标纸关联一定ε/d 下，λ和Re 的关系，并用实验结果估算一工程问题的阻力损失。
实验四：直管阻力、局部阻力测定实验
实验三 直管阻力、局部阻力测定实验一、实验目的1、 熟悉直管阻力的测定方法，计算出摩擦系数λ和雷诺准数Re ，在双对数坐标纸上作λ－Re 关系曲线；2、 学习用U 型压差计测量管件局部阻力损失的方法，计算局部阻力系数ξ。
二、实验原理流体在管路中连续流动时，由于内摩擦和旋涡的存在，不可避免地要消耗一定的机械能。
管路由直管和管件（如三通、肘管、大小头）等组成。
流体在直管中流动时所造成的机械能损失称为沿程阻力；而在通过阀件、管件等局部障碍，以及因流动方向和流动截面的突然改变所造成的机械能损失称为局部阻力。
流体在管径不变的水平直管中作定常态流动时，从截面1-1流动到截面2-2时的沿程阻力损失表现为流体压强的降低，即ρg P P 21f -=H 式中：H f 因沿程阻力造成的压头损失（m 水柱）； P 1-截面1-1处流体的压强（P a ）; P 2-截面2-2处流体的压强（P a ）；由于影响阻力损失的因素很多，为了减少变量和实验的工作量，也为了能将在实验室装置中用水所做实验的结果应用到其它物系中去，而使实验结果具有普遍意义，需要采用量纲分析指导下的实验研究方法。
影响流体流动时产生阻力损失的因素有以下几类； 1） 流体的性质：密度ρ；粘度μ；2） 流体流动的几何尺寸：管径d ，管长l ，管壁的粗糙度ε； 3） 流体流动的条件：流速u 。
流体阻力损失∆P 为这些因素的函数，即()εμu,ρ,l,d,f ，=∆P 。
工程上计算流体流过直管的阻力损失，通常采用以下的公式：gu d l 2g 2f λρ=∆P =H ⎪⎭⎫ ⎝⎛=d ,εϕλe R⎪⎭⎫⎝⎛••=•=∆P d R g u d l g u e εϕλ22d l 22可见λ为雷若数R e 和管壁相对粗糙度d ε的函数。
它们之间的函数关系，只要用水作物系，在实验室规模的装置中进行有限量的实验即可确定。
λ与R e 及d ε的关系一经确定后，就可计算任一的流体在管道中的流动阻力损失。
局部阻力系数测定实验
伯努力压差板供水箱恒压水箱颜色罐压差板沿程实验管局部实验管文丘里实验管伯努力实验管雷诺实验管计量水箱回水管局部阻力系数的测定一、实验目的1、用实验方法测定两种局部管件（实扩、突缩）在流体流经管路时的局部阻力系数。
2、学会局部水头损失的测定方法。
1、实验原理与实验装置局部阻力系数测定的主要部件为局部阻力实验管路，它由细管和粗管组成一个突扩和一个突缩组件，并在等直细管的中间段接入一个阀门组件。
每个阻力组件的两侧一定间距的断面上都设有测压孔，并用测压管与测压板上相应的测压管相联接。
当流体流经实验管路时，可以测出各测压孔截面上测压管的水柱高度与前后截面的水柱高度差h 。
实验时还需要测定实验管路中的流体流量。
由此可以测算出水流流经各局部阻力组件的水头损失h ζ，从而最后得出各局部组件的局部阻力系数ζ。
① 突然扩大：21-A 21( )=ζ2g 1V 2( )12A A -1=j h 理论上：在实验时，由于管径中即存在局部阻力，又含有沿程阻力，当对突扩前后两断面列能量方程式时，可得hw=hj+hf,其中hw 可由（h1-h3）测读，hf 可由（h2-h3）测读，按流长比例换算后，hj=hw-hf 。
由此得出：2h jζ=② 突然收缩：理论上，ζ缩=0.5（1-A2/A1），实验时，同样，在读得突缩管段的水头损失后，按流长比例换算，分别将两端沿程损失除去，由此得：缩缩2h jζ=二、实验操作1、实验前的准备①熟悉实验装置的结构与其流程。
②进行排气处理。
③启动水泵，然后慢慢打开出水阀门时水流经过实验管路。
在此过程中（并关闭其他实验管的进水阀和出水阀），观察和检查管路系统和测压管与其导管中有无气泡存在，应尽可能利用试验管路上的放气阀门或用其它有效措施将系统中存在的气体排尽。
2、进行实验，测录数据①调节进水阀门和出水阀门，使各组压差达到测压管可测量的最大高度。
②在水流稳定时，测读测压管的液柱高和前后的压差值。
局部阻力实验
局部阻力实验一、实验目的12、学会利用四点法量测突缩管路局部阻力损失系数的方法。
3、加深对局部阻力损失的感性认识及对局部阻力损失机理的理解。
二、实验原理1、有压管道恒定流遇到管道边界局部突变的情况时，流动会分离形成剪切层，剪切层流动不稳定，引起流动结构的重新调整，并产生旋涡，造成不可逆的能量耗散。
与沿程因摩擦造成的分布损失不同，这部分损失可以看成是集中在管道边界的突变处，单位质量流体的能量损失称为局部水头损失。
2、局部水头损失系数是局部水头损失与速度水头的比例系数，即2h jζ=当上下游断面平均流速不同时，应明确它对应的是那个速度水头。
例如对于突扩圆管就有=ζjh1和2h jζ=之分。
其他情况的局部水头损失系数在查表或使用经验公式确定时也应该注意这一点。
通常情况下对应下游的速度水头。
3、局部水头损失的机理复杂，除了突扩圆管的情况以外，一般难于用解析方法确定，而要通过实测来得到各种局部水头损失系数。
对于突扩圆管，在不考虑突扩段沿程阻力损失的前提下，可推导出局部阻力损失因数的表达式( )-1=1ζ2,2ζ2=1-A 2( )121A对于突缩圆管，局部阻力损失因数的经验公式：1-( )=ζA 120.5三、实验步骤1、做好实验前的各项准备工作，记录与实验有关的常数。
2、往恒压水箱中充水，排除实验管道中的滞留气体。
待水箱溢流后，检查泄水阀全关时，各测压管液面是否齐平，若不平，则需排气调平。
3、打开泄水阀至最大开度，等流量稳定后，测记测压管读数，同时用体积法测量流量。
4、调整泄水阀不同开度，重复上述过程5次，分别测记测压管读数及流量。
5、实验完成后关闭泄水阀,检查测压管液面是否齐平，如平齐，关闭电源实验结束，否则，需重做。
四、实验数据及整理d1= ㎜ d2= ㎜ d3= ㎜水温= ℃实验数据整理表五、分析与思考1、结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下下的局部损失大小。
2、结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在？产生突扩与突缩局部阻力损失的主要因素是哪些？怎样减小局部阻力损失？3、将实验测得到的ζ值与理论公式计算值（突扩）与经验公式值（突缩）相比较，并对结果作出分析。
南京工业大学实验之流体流动阻力测定实验
一：实验目的：1）．掌握流体流经直管和阀门时阻力损失的测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。
2）．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，将所得的λ~Re方程与经验公式比较。
3）．测定流体流经阀门时的局部阻力系数ξ。
4）．学会倒U形差压计、1151差压传感器、Pt100温度传感器和转子流量计的使用方法。
5）．观察组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。
6）．掌握化工原理实验软件库（组态软件MCGS和VB实验数据处理软件系统）的使用。
二：基本原理：流体在管内流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地要消耗一定的机械能，这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。
1)沿程阻力流体在水平等径圆管中稳定流动时，阻力损失表现为压力降低。
即影响阻力损失的因素很多，尤其对湍流流体，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。
为了减少实验工作量，使实验结果具有普遍意义，必须采用因次分析方法将各变量组合成准数关联式。
根据因次分析，影响阻力损失的因素有，(1)流体性质：密度ρ、粘度μ；(2)管路的几何尺寸：管径d、管长l、管壁粗糙度ε；(3)流动条件：流速μ。
可表示为：组合成如下的无因次式：(1—3)令则式（1—1）变为：式中，λ称为摩擦系数。
层流(滞流)时，λ＝64／Re；湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度的函数，须由实验确定。
2)局部阻力局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。
(1)当量长度法流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号le表示。
这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时．可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，如管路中直管长度为l,各种局部阻力的当量长度之和为，则流体在管路中流动时的总阻力损失为为(1—6)(2)阻力系数法流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法。
实验三 局部阻力系数的测定
实验三局部水头损失量测实验一、实验目的1．观察突扩管旋涡区测管水头线，以及其它各种边界突变情况下的测管水头变化情况，加深对局部水头损失的感性认识。
2．掌握测定管道局部水头损失系数的方法，并将突扩管的实测值与理论值比较，将突缩管的实测值与经验值比较。
3．学习用测压管测量压强和用体积法测流量的实验技能。
二、实验原理有压管道恒定流遇到管道边界的局部突变→流动分离形成剪切层→剪切层流动不稳定，引起流动结构的重新调整，并产生旋涡→平均流动能量转化成脉动能量，造成不可逆的能量耗散（图1）。
与沿程因摩擦造成的分布损失不同，这部分损失可以看成是集中损失在管道边界的突变处，每单位重量流体承担的这部分能量损失称为局部水头损失。
图1流道的局部突变示意图根据能量方程，局部水头损失，这里我们认为因边界突变造成的能量损失全部产生在1-1，2-2两断面之间，不再考虑沿程损失。
上游断面1-1应取在由于边界的突变，水流结构开始发生变化的渐变流段中，下游2-2断面则取在水流结构调整刚好结束，重新形成渐变流段的地方。
总之，两断面应尽可能接近，又要保证局部水头损失全部产生在两断面之间。
经过测量两断面的测管水头差和流经管道的流量，进而推算两断面的速度水头差，就可测得局部水头损失。
局部水头损失系数是局部水头损失折合成速度水头的比例系数，即 当上下游断面平均流速不同时，应明确它对应的是哪个速度水头？例如，对于突扩圆管就有和之分。
其它情况的局部损失系数在查表或使用经验公式确定时也应该注意这一点。
通常情况下对应下游的速度水头。
局部水头损失系数随流动的雷诺数而变，即(Re)f ζ=。
但当雷诺数大到一定程度后，值成为常数。
在工程中使用的表格或经验公式中列出的就是指这个范围的数值。
局部水头损失的机理复杂，除了突扩圆管的情况以外，一般难于用解析方法确定，而要通过实测来得到各种边界突变情况下的局部水头损失系数。
对于突扩圆管的情况，局部水头损失系数有理论结果，推导如下：流动经过突扩圆管的局部水头损失，取1-1，2-2两断面如图2，这里要特别注意1-1断面取为突扩开始的断面，2-2断面则取在水流结构调整刚好结束，重新形成渐变流段的地方。
管道流体阻力的测定
管道流体阻力的测定一、实验目的研究管路系统中的流体流动和输送，其中重要的问题之一，是确定流体在流动过程中的能量损耗。
流体流动时的能量损耗（压头损失），主要由于管路系统中存在着各种阻力。
管路中的各种阻力可分为沿程阻力（直管阻力）和局部阻力两大类。
本实验的目的，是以实验方法直接测定摩擦系数λ和局部阻力系数ζ。
二、实验原理当不可压缩流体在圆形导管中流动时，在管路系统中任意两个界面之间列出机械能衡算方程为f 2222211122h u P gZ u P gZ +++=++ρρ J · kg –1 (1) 或f 2222211122Hg u g P Z g u g P Z +++=++ρρ m 液柱 (2)式中： Z — 流体的位压头，m 液柱；P — 流体的压强，P a ；u — 流体的平均流速，m · s –1；ρ － 流体的密度，kg · m – 3；h f － 流动系统内因阻力造成的能量损失，J · kg –1；H f － 流动系统内因阻力造成的压头损失，m 液柱。
符号下标1和2分别表示上游和下游截面上的数值。
假若：(1)水作为实验物系，则水可视为不可压缩流体；(2)实验导管是按水平装置的，则Z 1 = Z 2；(3)实验导管的上下游截面上的横截面积相同，则u 1 = u 2。
因此(1)和(2)两式分别可简化为ρ21f p p h -= J · kg –1 (3)g p p H ρ21f -= m 水柱 (4) 由此可见，因阻力造成的能量损失（压头损失），可由管路系统的两界面之间的压力差（压头差）来测定。
流体在圆形直管内流动时，流体因磨擦阻力所造成的能量损失（压头损失），有如下一般关系式：2221f u d l p p h ⋅⋅=-=λρ J · kg –1 (5)或g u d l g p p H 2221f ⋅⋅=-=λρ m 液柱 (6) 式中：d － 圆形直管的直径，m ；l － 圆形直管的长度，m ；λ － 摩擦系数，（无因次）。
山东大学局部阻力综合实验
局部阻力综合实验一、 实验目的和要求1. 学习掌握三点法、四点法测量局部阻力因数的技能，并将突扩管的实测值与理论值比较，将突缩管的实测值与经验值比较；2. 通过阀门局部阻力因数测量的设计性实验，学习二点法测量局部阻力因数的方法。
二、 实验装置1．实验装置简图实验装置及各部分名称如图1所示。
图1 局部水头损失实验装置简图1.自循环供水器2.实验台3.水泵开关4.恒压水箱5.溢流板6.稳水孔板7.圆管突然扩大8.气阀9.测压计 10.测压管①~⑥ 11.滑动测量尺 12. 圆管突然收缩 13.实验流量调节阀 14.回流接水斗 15.下回水管 16. 稳压筒 17.传感器 18. PLC 一体机2．装置说明实验管道由圆管突扩、突缩等管段组成，各管段直径已知。
在实验管道上共设有六个测压点，测点①－③和③－⑥分别用以测量突扩和突缩的局部阻力因数。
其中测点①位于突扩的起始界面处，这里引用公认的实验结论 “在突扩的环状面积132137645213412111056⑥②①④⑤③B 891415① ② ③ ④ ⑤ ⑥1516171617 18 班级： 姓名： 学号：- 2 -上的动水压强近似按静水压强规律分布”，认为该测点可用以测量小管出口端中心处压强值。
气阀8用于实验开始时排除管中滞留气体。
三、 实验原理流体在流动的局部区域，如流体流经管道的突扩、突缩和闸门等处(图2)，由于固体边界的急剧改变而引起速度分布的变化，甚至使主流脱离边界，形成旋涡区，从而产生的阻力称为局部阻力。
由于局部阻力作功而引起的水头损失称为局部水头损失，用h j 表示。
局部水头损失是在一段流程上，甚至相当长的一段流程上完成的，如图2，断面1至断面2，这段流程上的总水头损失包含了局部水头损失和沿程水头损失。
若用h i （i =1,2…）表示第i 断面的测压管水头，即有图2 局部水头损失ℎw =ℎj +ℎf1−2=(ℎ1+αv 122g )−(ℎ2+αv 222g)或 ℎj =(ℎ1+αv 122g)−(ℎ2+αv 222g)−ℎf1−2局部阻力因数ζ为ζ=ℎj /v 22g(1) 圆管突然扩大段。
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基金项目
作者简介浙江人
管道汇流口局部阻力试验研究
茅泽育
璇
清华大学水利水电工程系北京清华大学核研院环境室北京
摘要通过试验研究并结合水动力学原理在分析汇流口独特水力特性及能量损失机理的基础上提出了适用于任意角度汇流管路分析计算的局部能量损失系数的普遍表达式
局部能量损失必须考虑汇入断面上支流沿下游主流方向的动量分量和主支流间相互掺混引起的附加摩擦阻力的
关键词有压管道流局部能量损失管道汇流口流量比面积比
研究背景
不仅需要确定沿程能还必须确定汇流口水流局部能量损失由于水力现象的复杂性现有的研究成果对汇流口
线插值近似确定局部能量损失系数
由于条件限制试验数据点过于稀疏造成显著的不确定性至今几乎所有的水力学或工程流体力学教科书中提及的处理方法均是设想在汇流处作一
分别应用能量方程求或简单地选择某一常数作为某一特定流动情况的局部损失系数值
误差较大
这一结论与实验结果相悖其主要原因是在分析过程中与管路汇流口研究相比明渠交汇口水力特性的研究至今已有不少成果试验结果还表明
第一是汇流口下游附近水流能量损失显著增加其中大部分能量损失发生在汇流口下游第二是水流相互掺
支流汇入迫使主流朝汇流口对侧偏折
下游侧压强降低这一压差使得支流汇入断面上出现沿下游方向的横向流速第三是主支流掺混引起汇
本文通过试验研究同时结合水
管道汇流口水流局部能量损失的普遍表达式
控制体
能量方程
文中符号如图
各管直径分别为
流量
面积
断面平均压强
干支流交汇角
定义主支管面积比
流量比
选取
面选择在水流恢复成典型管流流速分布断面
心线为
支管上的控制断面取在不受汇流口影响的上游断面忽略位置水头影响
对控制体
式中
主流能量损失
其中
间的沿程能量损失
支流能量损失
其中
定义局部能量损失系数分别为
汇入断面
动量方程
针对图
所示的控制体应用动
式中
为动量修正系数
为支流汇入断面上的平
均流速
横向分量为
为
管道恒定均匀流沿程阻力
其阻力系数
为主支流掺混引起的
若令动能修正系数
影响
则有
式中
式中与
得到
这是关于
其中流速偏折系数为
即的
断面上支流沿方向平均流速为
本文作如下
探索性尝试为附加
附加阻力长
则沿程附加阻力为
得到
局部能量损失系数的普遍表达式
解得
实验结果表明
进而解得
若近似取
试验设备及成果分析
试验是在图
试验管路平面布置
最大流量共为
雷诺数
如图
针对汇流角
图
确定局部能量损失示意试验结果表明
自汇流口下游
?
其中
由达西魏斯巴赫公式
计算得到均匀流沿程损失根据试验结果得到汇流口
下游水头线坡度的增值
从而可以确定
及的
试验平均值为
图
给出了确定局部能量损失由试验
支管进口断面和
图同时试验结果还表
应的值随流量比的变化关系如图如图
由图可见当随交汇角增大而减小这是因为支流经过汇流口
即随变化并不明显增大导致
图显示的是流速偏折系数随流量比随增大而增
这也许是因为随着
的反作用也更大上支流横向偏折流速增大
从而导致随这是因为汇入断面
于主流方向的支流流速分量与
由表达式增
的变化
给出了对应于
对于相同的这可能是因为支流在汇入后流动方向偏折
增加
对于相同的和且这是因为此
为正
而支流水体总水头减当
图给出的是图所示的可见随增大而增
支流对主流的顶托作用是由垂直于主流方向的流速分量随着增大
随增大呈倒对于相同随这是
因为随着增大支流的影响相对增加而当
量的支流水体进入交汇口直抵对侧固壁
当
分离区内外压强差分离区示意结论
散机理的基础上
当较大时主流的局
部水头损失系数出现负值
作为进一步研究有必要就汇
致谢
的帮助
参考文献
闻德荪主编
依德利契克著杨学宁李世铎等译北京茅泽育罗 赵升伟张磊
茅泽育赵升伟张磊黄继汤
黄继汤
赵凯。