用平均速度剖面法测量壁湍流摩擦阻力
实验三 流体流动阻力测定实验指导书
流体流动阻力的测定一、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一般实验方法。
2．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re 的关系，验证在一般湍流区内λ与Re 的关系曲线，测定流体流经阀门时的局部阻力系数ξ。
4．学会倒U 形压差计的使用方法，识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。
二、基本原理流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）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：2221u d l p p p h ff λρρ=-=∆=（1）即，22lu p d fρλ∆=（2）式中：λ—直管阻力摩擦系数，无因次；d —直管内径，m ；f p ∆—流体流经l 米直管的压力降，Pa; f h —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/m 3；l —直管长度，m ；u —流体在管内流动的平均流速，m/s 。
滞流(层流)时，Re 64=λ（3） μρdu =Re （4） 式中：Re —雷诺准数，无因次；μ—流体粘度，kg/(m·s)。
湍流时λ是雷诺准数Re 和相对粗糙度（ε/d ）的函数，须由实验确定。
由式（2）可知，欲测定λ，需确定l 、d ，测定f p ∆、u 、ρ、μ等参数。
l 、d 为装置参数（装置参数表格中给出），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。
例如本装置采用转子流量计测流量V （m 3/h ），且已经校核，则2900d Vu π=(5)f p ∆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。
（1）当采用倒置U 型管液柱压差计时gR p f ρ∆=(6)式中：R －水柱高度，m 。
流体流动阻力的测定实验
流体流动阻力的测定实验一、实验内容1.测定流体在特定的材质和ξ/d 的直管中流动时的阻力摩擦系数λ, 并确定λ和Re 之间的关系。
2.测定流体通过阀门时的局部阻力系数。
二、实验目的1. 解测定流体流动阻力摩擦系数的工程定义, 掌握测定流体阻力的实验组织方法。
2．测定流体流经直管的摩擦阻力和流经管件或阀门的局部阻力, 确定直管阻力摩擦系数与雷诺数之间的关系。
3. 熟悉压差计和流量计的使用方法。
4. 认识组成管路系统的各部件、阀门并了解其作用。
三、实验原理流体通过由直管和阀门组成的管路系统时, 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 流体流动过程是一个多参数过程, 。
由因次分析法, 从诸多影响流体流动的因素中组合流体流经管件时的阻力损失可用下式表示:⎥⎦⎤⎢⎣⎡ξμρ=ρ∆d ,du ,d l F u P 2 λ=Ψ（Re, ε/d ） 雷诺准数μρdue =R ;22u d l Ph f ⋅⋅=∆=λρ只要找出λ、ξ就可计算出流体在管道内流动时的能量损失。
g P Hg )R(ρρ-=∆易知, 直管摩擦系数λ仅与Re 和 有关。
因此, 只要在实验室规模的装置上, 用水做实验物系, 进行试验, 确定λ与Re 和 的关系, 然后计算画图即可。
2.局部阻力局部阻力可以用当量长度法或局部阻力系数法来表示, 本实验用局部阻力系数法来表示, 即流体通过某一管件或阀门的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示, 用公式表示:一般情况下, 由于管件和阀门的材料及加工精度不完全相同, 每一制造厂及每一批产品的阻力系数是不尽相同的。
四、实验设计由和知, 当实验装置确定后, 只要改变管路中流体流速u及流量V, 测定相应的直管阻力压差ΔP1和局部阻力压差ΔP2, 就能通过计算得到一系列的λ和ξ的值以及相应的Re的值,【原始数据】在实验中, 我们要测的原始数据有流量V, 用来计算直管阻力压差ΔP1和局部阻力压差ΔP2的U型压差计的左右两边水银柱高度, 流体的温度t（据此确定ρ和μ）, 还有管路的直径d和直管长度l。
流体流动阻力的测定
流体流动阻力的测定一、引言流体力学是物理学的一个分支，主要研究流体的运动规律和性质。
在工程领域中，流体力学是非常重要的一门学科，涉及到许多领域，如航空、船舶、汽车、建筑等。
在这些领域中，流体的运动特性对于设备的设计和性能有着重要影响。
而测定流体流动阻力是了解这些运动特性的基础。
二、实验原理1. 流体阻力公式当一个物体在流体中运动时，会受到来自流体的阻力。
根据牛顿第二定律，物体所受合外力等于其质量乘以加速度。
因此，在水平方向上运动的物体所受合外力为：F = ma其中F为合外力，m为物体质量，a为加速度。
当物体在水平方向上运动时，在没有其他外力作用下，其所受合外力即为来自水对其作用的阻力Ff。
因此：Ff = ma将牛顿第二定律代入上式可得：Ff = 1/2 * ρ * v^2 * S * Cd其中ρ为流体密度，v为物体相对于流体的速度（即物体速度减去流体速度），S为物体所受阻力的面积，Cd为阻力系数。
2. 流体阻力的测定在实验中，我们可以通过测量物体在流体中运动时所受到的阻力来计算出阻力系数Cd。
一般来说，测量流体阻力有两种方法：直接法和间接法。
直接法是指将物体放置在流体中，然后通过测量所需施加的力来计算出流体阻力。
这种方法通常需要使用特殊设备，如浮子式流量计、翼型试验台等。
间接法是指通过测量物体在流体中运动时所需施加的外部力来计算出流体阻力。
这种方法通常需要使用天平或重量计等设备来测量物体的重量，并结合运动学公式来计算物体所受的加速度和速度等参数。
三、实验步骤1. 实验器材准备准备好天平或重量计、滑轮、绳子、小球等实验器材，并将它们固定在实验台上。
2. 实验样本制备制作一个小球样本，并将其质量称重记录下来。
3. 流动介质准备将水注入实验槽中，并将水温调节到室温。
4. 实验数据测量将小球样本用绳子系在滑轮上，并将滑轮固定在实验台上。
然后，拉动小球样本，使其开始运动，并记录下所需施加的力和小球样本的运动时间。
流体流动阻力的测定(化工原理实验报告)
流体流动阻力的测定摘要● 测定层流状态下直管段的摩擦阻力系数（光滑管、粗糙管和层流管）。
● 测定湍流状态不同（ε/d）条件下直管段的摩擦阻力系数（突然扩大管）。
● 测定湍流状态下管道局部的阻力系数的局部阻力损失。
● 本次实验数据的处理与图形的拟合利用Matlab 完成。
关键词流体流动阻力 雷诺数 阻力系数 实验数据 Matlab一、实验目的1、掌握直管摩擦阻力系数的测量的一般方法；2、测定直管的摩擦阻力系数λ以及突扩管的局部阻力系数ζ；3、测定层流管的摩擦阻力4、验证湍流区内λ、Re 和相对粗糙度的函数关系5、将所得光滑管的Re -λ方程与Blasius 方程相比较。
二、实验原理不可压缩流体（如水），在圆形直管中作稳定流动时，由于粘性和涡流的作用产生摩擦阻力；流体在流过突然扩大和弯头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然发生变化，产生局部阻力。
影响流体流动阻力的因素较多，在工程研究中，利用因次分析法简化实验，引入无因此数群雷 诺 数：μρdu =Re相对粗糙度： d ε管路长径比： d l可导出：2)(Re,2u d d l p⋅⋅=∆εφρ这样，可通过实验方法直接测定直管摩擦阻力系数与压头损失之间的关系：22u d l pH f ⋅⋅=∆=λρ因此，通过改变流体的流速可测定出不同Re 下的摩擦阻力系数，即可得出一定相对粗糙度的管子的λ—Re 关系。
在湍流区内，λ = f（Re ，ε/ d ），对于光滑管大量实验证明，当Re 在3×103至105的范围内，λ与Re 的关系遵循Blasius 关系式，即：25.0Re 3163.0=λ对于层流时的摩擦阻力系数，由哈根—泊谡叶公式和范宁公式，对比可得：Re 64=λ局部阻力：fH=22u⋅ξ [J/kg]三、装置和流程四、操作步骤1、启动水泵，打开光滑管路的开关阀及压降的切换阀，关闭其它管路的开关阀和切换阀；2、排尽体系空气，使流体在管中连续流动。
流体流动之摩擦阻力计算讲解PPT课件
Re du
0.0531 998.2 1.005 103
5.26104
4000
因此，可判断水在管中呈湍流。
注：无单位
8
摩擦阻力
二、流动类型与雷诺准数
重点强调
流体主体为湍流，但在管壁处会形成层流称之为“层流底层” u 0.5umax
且Re越大，层流底层越薄
9
章节小结
本章章节
第一节 流体静力学 第二节 流体在管内的流动 第三节 流体在管内流动时的摩擦阻力
gz1
u12 2
p1
We
gz2
u22 2
p2
h f
1
本章章节
第三节 流体在管内流动时的摩擦阻力
一、 牛顿粘性定律与流体的粘度 二、 流动类型与雷诺准数 三、 流体在圆管内流动时的阻力计算 四、 流体在非圆形直管内流动时的摩擦阻力
（1）le和ξ均由实验测定，可查有关手册和资料得到 （2）不管突然扩大还是缩小，u均取细管中的流速
（3）在应用柏努利方程时，当截面选在出口内侧时保留动能项，选在出口外侧时
保留能量损失（ξ=1）项
19
章节小结
三、流体在圆管内流动时的阻力计算
直管阻力
hf
l
d
u2 2
λ——摩擦阻力系数
局部阻力
三、流体在圆管内流动时的阻力计算
流动阻力包括：
直管阻力 (沿程阻力），由于内摩擦产生的阻力
局部阻力：流体流经管件、阀门、等局部地方因流速大小及方向的改 变而引起的阻力。
hf
hf
h/ f
11
摩擦阻力
三、流体在圆管内流动时的阻力计算
流体流动阻力的测定
粗糙管 平均水温 t 水=28.1℃ 序号 1 2 3 4 5 6 电机功率(kW) 0.75 0.75 0.77 0.77 0.78 0.79 查表：ρ=996.204kg/m 管径 d=0.023m 流量(m /h) 0.49 0.79 1.07 1.35 1.63 1.95
3 3
层流管 μ=0.8360× 10 Pa· s 左 2420 2300 2150 1970 1750 1480 右 2560 2630 2700 2790 2890 3030 水温(℃) 28.3 28.4 28.1 27.8 27.9 27.9
涡轮流量计
LWGY-25AOD3T/K
水箱 高位槽
0.60m× 0.40m× 0.60m Φ0.11m×0.25m
不锈钢 不锈钢
2-8
流体流动阻力的测定
仪表序号 PI01 NI02 装置控制 点 PI03 FI04 TI05 ΔPI06 a1 、a2 ；b1 、b2 ；c 1 、 c 2 ；d1 、d2 ；e1 、e2 ； f1 、f2
名称 层流管 局部阻力 光滑管 粗糙管 突扩管 泵出口管 型号 Φ6×1.5 Φ27×3.0 Φ27×3.0 Φ27×3.0 Φ27×3.0→Φ 48×3.0 DN25 材质/参数 不锈钢管 球阀、截止阀 不锈钢管 镀锌钢管 不锈钢管 不锈钢管 Q=110L/min， 装置参数 水泵 磁力驱动泵 32CQ-15 H=15m，驱动功： 1.1kW， 电压： 380V， 转速=2900r/min 孔板流量计 C0 =0.73，d0 =0.021m 公称压力：0.3MPa， 上海自仪九仪表 精确度：0.5 级 有限公司 1.5 1.5 测量段长度/m 1
-3
平均水温 t 水=27.6℃ 序号 1 2 3 4 5 6 7 时间(s) 30 30 30 30 30 30 30
超强台风山竹近地风场特性实测
第49卷第5期2021年5月同济大学学报（自然科学版）JOURNAL OF TONGJI UNIVERSITY（NATURAL SCIENCE）Vol.49No.5May2021论文拓展介绍超强台风山竹近地风场特性实测谢壮宁1，段静1，刘慕广1，张丽2（1.华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广东广州510641；2.深圳市国家气候观象台，广东深圳518040）摘要：基于356m高的深圳气象梯度塔（SZGMT）的实测风速时程数据，分析了超强台风山竹侵袭过程风场特性的竖向分布规律。
结果表明，SZGMT上游地面的平均风速剖面指数为0.238，略高于建筑结构荷载规范（GB50009-2012）的C 类地貌的指数值；纵向湍流强度接近GB50009-2012D类地貌的建议值，三向湍流强度比值较我国公路桥梁抗风设计指南的建议值小，并随高度的增加而增大；阵风因子和湍流强度呈高度线性相关，各向峰值因子的拟合结果接近2.5；纵向湍流积分尺度略大于日本规范AIJ2004和美国规范ASCE7-2010的建议值；实测纵向风速谱和Von Karman谱具有较好的一致性。
关键词：风场特性；剖面；下垫面；台风实测中图分类号：TU312.1；TU317.2文献标志码：A Field Measurement of Near-Ground Wind Characteristics of Supper Typhoon MangkhutXIE Zhuangning1，DUAN Jing1，LIU Muguang1，ZHANG Li2（1.State Key Laboratory of Subtropical Building Science，South China University of Technology，Guangzhou510640，China；2. Shenzhen National Climate Observatory，Shenzhen518040，China）Abstract：Based on the wind speed records from the 356m high Shenzhen Meteorological Gradient Tower （SZMGT），this paper analyzes the vertical distribution of wind characteristics during the invasion of the super typhoon Mangkut.The results show that：the mean wind speed profile exponent of the upstream surface of the SZGMT is0.238，which is slightly higher than that of the Load Code for the Design of Building Structures （GB50009-2012）for terrain category C.The longitudinal turbulence intensity distribution is close to the recommended value of GB50009-2012for terrain category D.The three-direction turbulence intensity ratio is smaller than the recommended value of Highway Bridge Wind Resistance Design Guide，and increases with the increase of height.The gust factor is highly linear with the turbulence intensity，and the fitting result of the peak factor is close to2.5.The observed longitudinal turbulence integral scale profile is slightly larger than the recommended value of AIJ2004and ASCE7-2010，and the longitudinal wind speed spectra are consistent with Von Karman spectrum.Key words：wind characteristics；wind profile；underlying surface；typhoon observation在强（台）风作用下边界层高度范围内风场特性参数（包括平均风速剖面、湍流强度剖面、脉动风速功率谱密度和湍流积分尺度剖面等）的科学描述对于风敏感结构的风效应评估和抗风设计具有十分重要的意义。
流体流动-第七次课(湍流摩擦阻力损失,管路计算)讲解
A
B
并联管路
A
C B
分支管路
1、 并联管路
VA 1
B
qV=qV1+qV2
2
∑hfAB= ∑hf1 =∑hf2 （各支管单位质量流体阻
力损失相等）
证明
zA
pA
g
u
2 A
2g
zB
pB
g
uB2 2g
hf 1
zA
pA
g
u
2 A
2g
zB
pB
Kd beu b b b e
K
du
b
d
e
湍流摩擦阻力系数的通式：
K
du
b
d
e
λ只与两个无因次数群有关。
3、湍流摩擦系数的求算 经验公式
常见的几种解析式有：
光滑管 （1）柏拉修斯(Blasius)式：
4.1 阻力系数法
hf
u2 2
为局部阻力系数。由实验得出，可查表或图。
常见局部阻力系数的求法：
1). 突扩管和突缩管 突扩管
f
(
A小 A大
)
(1
A小 ) 2 A大
2). 进口和出口
进口：容器进入管道，突缩。A小/A大0， =0.5 出口：管道进入容器，突扩。A小/A大0， =1.0
d 4ab
2 ab
e 2(ab) (ab)
环形管
de
化工原理实验流体流动阻力测定实验指导书
1流体流动阻力测定实验指导书2流体流动阻力的测定一、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一般实验方法。
2．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re 的关系，验证在一般湍流区内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．学会倒U 形压差计和涡轮流量计的使用方法。
5．识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。
二、基本原理流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）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： 2221u d l p p p h ff λρρ=-=∆=（1）即， 22lu p d fρλ∆= （2）式中： λ —直管阻力摩擦系数，无因次；d —直管内径，m ；f p ∆—流体流经l 米直管的压力降，Pa ；f h —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/m 3；l —直管长度，m ；u —流体在管内流动的平均流速，m/s 。
3滞流(层流)时，Re 64=λ （3） μρdu =Re （4）式中：Re —雷诺准数，无因次；μ —流体粘度，kg/(m·s)。
湍流时λ是雷诺准数Re 和相对粗糙度（ε/d ）的函数，须由实验确定。
由式（2）可知，欲测定λ，需确定l 、d ，测定f p ∆、u 、ρ、μ等参数。
l 、d 为装置参数（装置参数表格中给出）， 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。
例如本装置采用涡轮流量计测流量，V ，m 3/h 。
2900dVu π=(5) f p ∆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。
流体流动阻力测定(整理好)
化工原理实验报告实验名称：流体流动阻力的测定实验日期： 2015.10.22班级： 031131组员：马佳王婧周先萍范奇行流体流动阻力的测定一、摘要流体阻力的大小关系到输机械的动力消耗和输送机械的选择，测定流体流动阻力对化工及相关过程工业的设计、生产和科研具有重要的意义。
二、实验目的①掌握测定流体流动阻力实验的一般试验方法。
②测定直管的摩擦阻力系数及突然扩大管和球阀的局部阻力系数。
③验证在摩擦阻力系数为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。
三、实验内容①测定湍流状态下直不锈钢管的摩擦系数λ随Re的变化关系。
②测定湍流状态下球阀的局部阻力系数ξ。
③测定湍流状态下突扩管的局部阻力系数ξ。
④将所得光滑管的λ－Re方程与Blasius方程相比较。
四、实验原理1．直管摩擦阻力不可压缩流体（如水），在圆形直管中做稳定流动时，由于粘性和涡流的作用产生摩擦阻力；流体在突然扩大，弯头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然变化，产生局部阻力。
影响流体阻力的因素比较多，在工程上采用量纲分析方法简化实验，得到在一定条件下具有普遍意义的结果，其方法如下：流体流动阻力与流体的性质，流体流经处的几何尺寸以及流动状态有关，可表示为Δp=f﹙d,l,u,ρ,μ,ε﹚引入无量纲数群:雷诺数 Re=μρdu 相对粗糙度d ε 管子长径比 dl从而得到:2u p ρ∆=Ψ(μρdu ,d ε,dl) 令λ=Φ(Re,dε） 则有 ρp ∆=d l Φ(Re,d ε)22u可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系，这种关系可用实验方法直接测定。
H f =ρp ∆=λdl×22u式中：H f ——直管阻力 (J/㎏); l ——被测管长 (m); d ——被测管内径 (m); u ——平均流速 (m/s);λ——摩擦阻力系数。
当流体在一管径为d 的圆形管中流动时选取两个截面，用U 形压差计测出着两个截面间的静压差，即为流体流过两截面间的流动阻力。
基于PIV测量的柔性壁减阻试验
基于PIV测量的柔性壁减阻试验顾建农;晏欣;张志宏;赵昕【摘要】为了解不同性能的柔性壁对湍流边界层的减阻效果,利用粒子图像测速技术( PIV)对刚性壁面与4种材料的柔性壁面的湍流边界层流向速度分量进行测量.从边界层速度分布求得壁面切应力的分布,并由此得到柔性壁与刚性平板的平均摩擦阻力系数.实验结果表明,柔性壁面的边界层速度分布在对数律上有所平移,具有特定性能的柔性壁具有一定的减阻作用.%For understanding the effect of compliant walls on drag reduction in turbulent boundary layer,the velocity profile in turbulent boundary layer over a rigid wall and six compliant walls is measured with the particle image velocimetry( PIV) . First,the shear stress profile alone the wall is calculated from the velocity profile in bounday layer, then the average skin friction coefficient of the rigid wall and compliant wall is calculated from the shear stress profile. The experimental result shows that, in boundary layer of turbulent flows over a compliant wall, compared with that over a rigid wall, the velocity profiles in log law region is extended further away from the wall. The experimental result confirms the effect of drag reduce for the special compliant coating surface of turbulent boundary layer.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2012(034)011【总页数】5页(P82-85,121)【关键词】减阻;柔性壁;PIV;边界层【作者】顾建农;晏欣;张志宏;赵昕【作者单位】海军工程大学理学院,湖北武汉430033;海军工程大学理学院,湖北武汉430033;海军工程大学理学院,湖北武汉430033;武汉大学水利水电学院,湖北武汉430021【正文语种】中文【中图分类】O3571 概述柔性壁减阻的设想最早是由 Kramer［1］(1957)提出的，其减阻原因通常被解释为粘弹性材料的柔性壁可以提高层流边界层的稳定性，从而推迟边界层的转捩。
合成进口湍流方法在大涡模拟中的应用
流和后台阶流动有重要影响 [１] ꎮ 为了了解进口瞬时扰动
动信息ꎮ 这种方法的特别之处在于通过回收过程实现湍
速度设定方法的特点ꎬ研究大涡模拟对促进大涡模拟的工
流脉动场建立在计算域的内部ꎬ从而避免了高额的计算
程应用具有重要意义ꎮ
负担ꎮ
等
[２]
为解决真实模拟的问题ꎬＫＥＡＴＩＮＧ Ａ [１] 、ＳＡＧＡＵＴ Ｐ
多数发夹旋涡几乎是对称的发夹结构ꎮ
信息技术
刘俊杰ꎬ等合成进口湍流方法在大涡模拟中的应用
为了便于观察ꎬ用图 ２ 显示了通过 Ｑ 准则识别的 ３Ｄ
信息技术
刘俊杰ꎬ等合成进口湍流方法在大涡模拟中的应用
ＤＯＩ:１０.１９３４４ / ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ１６７１－５２７６.２０２１.０６.０３９
合成进口湍流方法在大涡模拟中的应用
刘俊杰ꎬ仲冬冬ꎬ葛宁
( 南京航空航天大学 能源与动力学院ꎬ江苏 南京 ２１００１６)
摘 要:进口瞬态湍流波动条件直接影响大涡模拟的精度ꎮ 在亚音速平板湍流边界层上研究
博看网 . All Rights Reserved.
０ 引言
与工程中常用的雷诺平均 Ｎ－Ｓ 方程相比ꎬ大涡模拟
通常用初始边界层厚度 δ０ 来无量纲化ꎮ 在 δ０ 以下称为
“ 自适应距离” ꎬ该距离决定了方法的性能ꎬ因为它确定了
用于生成真实湍流计算域的流向长度 [３] ꎮ
根据参考文献[１] ꎬ入流方法可分为 ３ 类:回收调节
大多数情况下是通过随机序列进行的ꎮ 然后ꎬ目标是修改
计量均值较易匹配ꎬ而均方根速度以及与之理想的两点时
这些序列ꎬ以使它们在数值或黏性耗散下不消失ꎬ并且其
空相关性相比较而言可能更难重建ꎬ因为它包括尺度和结
理解流体动力学的流速剖面
理解流体动力学的流速剖面引言流体力学是研究流体在各种条件下的运动规律和相互作用的科学。
在流体力学中，流速剖面是指流体在管道或河道等通道内，沿着垂直方向流速的分布情况。
理解流速剖面对于设计和优化流体动力学系统至关重要，因为它直接影响流体的流动性能和能量传递效率。
本文将探讨流体动力学的流速剖面及其影响因素。
流速剖面的定义与解释流速剖面是指在垂直于流体方向的截面上，流体流速随距离的变化规律。
一般而言，流体流速在管道或河道中靠近壁面处较小，在中央部位达到最大值，呈现出一种典型的“拱形”或“钟形”的分布趋势。
流速剖面的分布是由多种复杂的因素所决定的，其中包括流体的粘度、管道或河道的几何形状、壁面粗糙度以及流量等。
这些因素相互作用，使得流速剖面呈现多种不同的形态。
流速剖面的形态拱形剖面拱形剖面是最常见的流速剖面形态，也是在绝大多数情况下出现的形式。
拱形剖面的特点是流速在中央部位最大，逐渐减小至近壁面处。
这种剖面形态常见于平滑壁面和圆管道中的层流流动情况。
锥形剖面锥形剖面是指流速沿垂直方向呈线性递增或递减的分布形态。
这种剖面形态一般出现在强制对流或高速流动的情况下。
例如在飞机机翼表面，由于外力对流的影响，流体的流速会呈锥形分布。
双峰剖面双峰剖面是指流速剖面中存在两个相对较大的流速峰值，其它部位的流速较小。
这种剖面形态常见于非对称的流动情况，例如在管道弯曲或流体受到旋转或搅拌等外界作用时。
不规则剖面除了上述几种典型的流速剖面形态，实际应用中还存在一些不规则的剖面形态。
这些剖面形态可能是由于非理想的流动条件、管道或河道的特殊几何形状以及复杂的流动边界条件等因素所导致的。
影响流速剖面的因素流体的粘度流体的粘度是指流体抵抗剪切变形的能力。
粘度高的流体在流动过程中更容易产生内摩擦，因此其流速剖面更为平均和缓和。
几何形状与壁面粗糙度流体流动通道的几何形状和壁面粗糙度对流速剖面具有重要影响。
通道内的凸起或收缩会导致流速分布的不均匀，使得流速剖面呈现非典型形态。
化工原理实验_2
5.实验结束,关闭出口阀,停止水泵电机,清理装置。
五、实验数据记录与处理
1.实验数据记录表
2.实验数据处理表
3.实验结果
六、思考题
1.在测量前为什么要将设备中的空气排尽？怎样才能迅速地排尽？为什么？如何检验管
效率随流量的变化关系, 即He～Q、N轴～Q、η～Q称为离心泵的特性曲线。该特性曲线需由
实验测得, 计算如下：
mH2O
kW
Q=3600×qvm3/h
管路特性是指输送流体时,管路需要的能量H（即从A到B流体机械能的差值+阻力损
失）随流量Q的变化关系。本实验中,管路需要的能量与泵提供给管路的能量平衡相等,
实验一流体流动阻力的测定
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一般实验方法；
2.测定直管摩擦系数λ~Re的关系,验证在一般湍流区内λ、Re与ε/d的函数关系；
3.测定流体流经阀门及突然扩大管时的局部阻力系数ζ；
二、实验原理
不可压缩流体通过直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时,由于黏
状态对塔性能的影响；
3.学习测定精馏塔全塔效率和单板效率的实验方法,研究回流比对精馏塔分离效率的影
响,掌握测定塔内溶液浓度的实验方法；
4.学会测定部分回流时的理论板数,全塔效率；测定全塔浓度分布；测定塔釜再沸器的
沸腾传热膜系数。
二、实验原理
本设备为DES—Ⅲ型精馏实验装置。精馏塔共有8块塔板,塔身的结构尺寸为：塔内径为50mm,塔板间距为80mm,溢流管截面积为80mm2,溢流堰高为12mm,底隙高度为5mm,每块塔板上开有直径为1.5mm的小孔,正三角形排列,孔间距为6mm。除7、8板外,每块塔板上都有液相取样口。为了便于观察塔板上的气液接触状况,在7与8板间设有一节玻璃视盅。蒸馏釜的尺寸φ108×4×400mm,装有液面计、电加热棒（加热面积为0.05m2,功率为1500W）、控温电热棒（200W）、温度计接口、测压口和取样口,分别用于观测釜内液面高度、控制电加热量、测量釜温、测量塔板压降和塔釜液相取样。塔顶冷凝器为一蛇管式换热器,换热面积为0.06m2,管外走蒸汽,管内走冷却水。
实验一流体摩擦阻力系数测定一、实...
实验一 流体摩擦阻力系数测定一、实验目的及任务1、学习流体在管道内摩擦阻力f P ∆及摩擦阻力系数λ的测定方法；2、确定摩擦阻力系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度d ε之间的关系；3、在双对数坐标纸上绘出λ～Re 曲线并与莫迪图进行比较；4、测定局部（阀门）阻力系数ζ。
二、实验基本原理由于有粘性和涡流的影响，流体流动时会产生流动阻力。
其大小与管子的长度、直径、流体流速和管道摩擦阻力系数有关。
本实验分为直管摩擦系数λ和局部（阀门）阻力系数ζ两种情况。
1、直管摩擦系数与雷诺数Re 的测定直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即)/(Re,d f ελ=，对一定的相对粗糙度而言，(Re)f =λ。
流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为：ρρff P P P h ∆=-=21 （1-1）又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式）22u d l h fP f λρ==∆ （1-2） 整理（1-1）（1-2）两式得22uP l d f∆⋅⋅=ρλ （1-3） μρ⋅⋅=u d Re （1-4）式中：-d 管径，m ；-∆f P 直管阻力引起的压强降，Pa ；-l 管长，m ；-u 流速，m / s ；-ρ流体的密度，kg / m 3； -μ流体的粘度，N ·s / m 2。
在实验装置中，直管段管长l 和管径d 都已固定。
若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。
所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降f P ∆与流速u （流量V ）之间的关系。
根据实验数据和式（1-3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（1-4）计算对应的Re ，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re 的关系曲线。
2、局部（阀门）阻力系数ζ的测定22'u P h ff ζρ=∆=' （1-5） 2'2u P f∆⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ρζ （1-6）式中：-ζ局部阻力系数，无因次； -∆'f P 局部阻力引起的压强降，Pa ；-'f h 局部阻力引起的能量损失，J ／kg 。
物理实验技术中的流体力学实验的流速测量与分析
物理实验技术中的流体力学实验的流速测量与分析流体力学是研究流体运动规律和性质的学科，而流体力学实验则是验证和研究这些规律的重要手段。
在流体力学实验中，流速的测量与分析是基础且关键的步骤。
本文将探讨流体力学实验中流速测量的原理、方法和应用，并对流速测量中可能存在的误差进行分析。
一、流速测量的原理在流体力学实验中，流速是流体质点在单位时间内通过固定截面的体积，是流体运动的重要参数之一。
传统的流速测量原理基于试验装置的设计，常用的方法有浮标法、涡街法、热敏电阻法等。
1. 浮标法浮标法通过观察流体中的浮标随流动移动的位置变化来判断流速。
浮标在流体中运动的速度与流速相近，通过计算浮标的位移和所用的时间，可以计算出流体的流速。
2. 涡街法涡街法利用流体在流动中产生的涡旋来间接测量流速。
利用涡街传感器可以测量出由于流体通过在管道中形成的涡旋而引起的阻力变化，从而间接计算流速。
3. 热敏电阻法热敏电阻法利用电阻片在流动介质中产生的传热效应，通过测量电阻片温度的变化来计算流速。
热敏电阻片的温度变化与流体的流速成正比，通过测量电阻片温度的变化可以计算出流速。
二、流速测量的方法除了以上常见的测量方法外，流速的测量也可以通过多种其他方法实现，例如雷诺数模型实验、激光多普勒测量等。
1. 雷诺数模型实验雷诺数是流体力学中的无量纲参数，用来描描述流体的惯性力和黏性力之间的比值。
雷诺数模型实验通过制备一个与实际流体具有相似雷诺数的模型，利用实验测量的结果来证明和研究流动的规律，从而间接获得流速的信息。
2. 激光多普勒测量激光多普勒测量是一种非侵入性的测量方法，通过激光束的多普勒效应来测量流体中颗粒的运动速度。
测量时，激光束照射到流体中的颗粒上，颗粒反射回来的光经多普勒频移，从而可以计算得到流速。
三、流速测量的误差及分析在流速测量过程中，可能会存在一些误差，主要包括系统误差和随机误差。
1. 系统误差系统误差是由于测量或仪器设备本身的固有差异导致的误差。
实验三 流体流动阻力测定实验指导书
流体流动阻力的测定一、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一般实验方法。
2．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re 的关系，验证在一般湍流区内λ与Re 的关系曲线，测定流体流经阀门时的局部阻力系数ξ。
4．学会倒U 形压差计的使用方法，识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。
二、基本原理流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）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：2221u d l p p p h ff λρρ=-=∆=（1）即，22lu p d fρλ∆=（2）式中：λ—直管阻力摩擦系数，无因次；d —直管内径，m ；f p ∆—流体流经l 米直管的压力降，Pa; f h —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/m 3；l —直管长度，m ；u —流体在管内流动的平均流速，m/s 。
滞流(层流)时，Re 64=λ（3） μρdu =Re （4） 式中：Re —雷诺准数，无因次；μ—流体粘度，kg/(m·s)。
湍流时λ是雷诺准数Re 和相对粗糙度（ε/d ）的函数，须由实验确定。
由式（2）可知，欲测定λ，需确定l 、d ，测定f p ∆、u 、ρ、μ等参数。
l 、d 为装置参数（装置参数表格中给出），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。
例如本装置采用转子流量计测流量V （m 3/h ），且已经校核，则2900d Vu π=(5)f p ∆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。
（1）当采用倒置U 型管液柱压差计时gR p f ρ∆=(6)式中：R －水柱高度，m 。
边界层壁面摩擦速度
壁面摩擦速度的确定对于湍流边界层问题，准确计算摩擦速度（friction velocity ）u τ是一个非常关键的问题。
直接测量壁面的速度梯度对于实验来说是很难获得的，尤其是对于粗糙壁面，另外采用积分动量方法又很不准确。
这就是为什么到目前为止，绝大多数计算摩擦速度的方法是间接的，并且依赖于壁面法则(Walker 2014)。
壁面相似方法（Wall Similarity Method ）被认为是计算摩擦速度的一种有效方法，根据对数区方程中常数B 可以将其分为：通过方法本身推倒获得或预先固定的两种方式。
典型的方法有：Clauser Chart Method （CCM ）(Clauser 1954)，Standard （SBM ） and Modified （MBM ） Bradshaw Methods ，Standard Slope Method （SSM ）等。
1. The Clauser chart method首先，假设湍流边界层重叠区域的速度分布遵循对数形式： ()1ln()yu U y B u vττκ=+ 其中，κ和B 是与雷诺数无关的常数 。
我们将上式两边同时乘以/u U τ∞ 得到：()11ln()ln()u u u u yU U y B U U v U U U ττττκκ∞∞∞∞∞∞⎡⎤⎛⎫⎛⎫=++⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦ 因为摩擦系数()22/f C u U τ∞= ，Clauser chart 方程可以写成：()ln()yU U y U v ∞∞⎡⎢=++⎢⎣ 因为()U y 和U ∞ 可以直接通过实验测量，方程中唯一待定的参数就是摩擦系数C f 。
通过选取在区域50,0.2y η+><内最接近数据的直线，对应的C f 即为所求。
()2/2(ln(/))f d u U C d yU v κ⎛⎫= ⎪⎝⎭通常在文献中可以找到不同的参数0.380.45,3.5 6.1B κ<<<<，从而造成实验获得C f 的不确定性。