流体流动阻力的测定
流体流动阻力的测定
流体流动阻力的测定一、实验目的（1）熟悉测定流体流经直管的阻力损失的实验组织法及测定摩擦系数的工程意义。
（2）观察摩擦系数λ与雷诺数Re 之间的关系，学习双对数坐标纸的用法 （3）掌握流体流经管件时的局部阻力，并求出该管件的局部阻力。
二、实验原理流体在管内流动时，由于流体具有黏性，在流动时必须克服内摩擦力，因此，流体必须做功。
当流体呈湍流流动时，流体内部充满了大小漩涡，流体质点运动速度和方向都发生改变，质点间不断相互碰撞，引起流体质点动量交换，使其产生了湍动阻力，结果也会消耗流体能量，所以流体的黏性和流体的漩涡产生了流体流动的阻力。
流体在管内流动的阻力的计算公式表示为22u d l h fλ=或2212u d l p p p ρλ=-=∆式中：h 为流体通过直管的阻力（J/kg ）；△p 为流体通过直管的压力降（N/m 2）；p 1，p 2为直管上下游界面流动的压力（N/m 2）；l 为管道长（m ）；d 为管道直径（内径）（m ）；ρ为流体密度（kg/m 3）；u 为流体平均流速（m/s ）；λ为摩擦系数，无因次。
摩擦系数λ是一个受多种因素影响的变量，其规律与流体流动类型密切相关。
当流体在管内作层流流动时，根据力学基本原理，流体流动的推动力（由于压力产生）等于流体内部摩擦力（由于黏度产生），从理论上可以推得λ的计算式为Re64=λ 当流体在管内作湍流流动时，由于流动情况比层流复杂得多，湍流时的λ还不能完全由理论分析建立摩擦系数关系式。
湍流的摩擦系数计算式是在研究分析阻力产生的各种因素的基础上，借助因次分析方法，将诸多因素的影响归并为准数关系，最后得出如下结论⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=d d du k tεϕεμρλRe,2 由此可见，λ为Re 数和管壁相对粗糙度ε/d 的函数，其函数的具体关系通过实验确定。
局部阻力通常有两种表达方式，即当量长度法和阻力系数法。
当量长度法：流体流过某管件时因局部阻力造成的能量损失相当于流体流过与其相同管径的若干米长度的直管阻力损失，用符号l e 来表示，则22u d l l h e f+=∑λ阻力系数法：流体通过某一管件的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示22u h pf ζρ==∆三、实验装置本实验装置如下图，由直管、管件、控制阀、涡轮流量计、供水泵和水箱构成。
流体流动阻力的测定
测数据的准确性，每组数据之间稳定时间不得低于5min。 记录数据列表。 5、实验终了，首先关闭阀7，停泵、关闭发生器、仪表、 电源。 五、实验报告编写 （一）实验目的
（二）实验原理
（三）实验装置 （四）实验数据记录表 （五）实验数据处理 （六）思考题
实验数据处理
由所测得的Vs，t1、t2，确定流体密度，计算Q
数据处理结果表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
流量
m3/h
光滑管
粗糙管
Re
闸阀阻 力系数
Re
log（）
粗糙管
光滑管
log（Re）
全开闸阀阻力系数实验数据处理： 根据流量、管径确定流速，根据该流量下所对应的闸 阀阻力（mH2O）代入下式，确定阻力系数。
2 gH f u2
计算三个流量下的阻力系数，并将其平均得全开闸阀平 均阻力系数。
Q Ki S i t m
确定流体被加热给热热阻占总热阻的比例
所占热阻比例 1 i 100% 1 Ki
确定蒸汽冷凝的给热系数o 1 1 1 o S o K i Si i Si
So d o L
do—换热管外径。 计算每一个流量下的给热系数和总传热系数，将处理 结果列入计算结果表中（表的格式见书）。 注意：在实验报告中仅写出一组实验数据的计算过程， 其他只要在计算结果表中表达出来即可。
再由已知的t1、t2、 Q，Si，并根据测得的加热蒸汽温度 T，确定传热平均温度差 tm，代入传热速率方程即可 确定Ki，与所测到的给热系数i进行比较，分析管内流 体给热热阻占总热阻的比例。若将管壁热阻忽略，也可 求出水蒸气冷凝的给热系数o 。
Q Ki S i t m
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。
流体阻力实验
流体流动阻力的测定实验报告班级：化工1302姓名：***学号：**********完成日期：2015-11-12流体流体阻力的测定一、 实验目的及任务① 掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。
② 测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管的局部阻力系数ξ。
③ 测定层流管的摩擦阻力。
④ 验证在湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺数Re 和相对粗糙度的函数。
⑤ 将所得的光滑管的λ-Re 与Blasius 方程相比较。
二、 基本原理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，由于黏性和涡流的作用产生摩擦阻力；流体在流过突然扩大、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。
影响流体流动阻力的因素较多，在工程上通常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,p,μ,ε)引入无量纲数:雷诺数 Re d uρμ=相对粗糙度d ε管子长径比 ld从而得到： 2(,,)p du lu d dρερμ∆=ψ 令(Re,/)d λε=Φ2(Re,)2pl u d d ερ∆=Φ 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。
22f pl u H d λρ∆==⨯———————————（1）式中f H ----直管阻力，/J kg ； 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 形压差计测出这两个截面间的静压强差，即为流体流过两截面间的摩擦阻力。
根据伯努利方程找出不同Re 静压强差和摩擦阻力系数的关系式，即可求出摩擦阻力系数。
改变流速可测出不同Re 下的摩擦阻力系数，这样就可以得出某一相对粗糙度下管子的λ-Re 关系。
流体流动阻力的测定
流体流动阻⼒的测定⼀、实验⽬的1、掌握层流流体经直路和管件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。
3、测定流体流经闸阀等管件时的局部阻⼒系数ξ。
4、学会压差计和流量计的使⽤⽅法。
5、观察组成管路的各种管件、阀件，并了解其作⽤。
⼆、实验原理1、直管摩擦系数λ与雷诺数Re 的测定：流体在管道内流动时，由于流体的粘性作⽤和涡流的影响会产⽣阻⼒。
流体在直管内流动阻⼒的⼤⼩与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关，它们之间存在如下关系：h f =ρfP ?=22u d l λ(1-1)λ=22u P l d fρ (1-2) Re =µρu d (1-3)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。
直管摩擦系数λ与雷诺数Re 之间有⼀定的关系，这个关系⼀般⽤曲线来表⽰。
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△P f 与流速u (流量V)之间的关系。
根据实验数据和式(1-2)可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，⽤式(1-3)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、局部阻⼒系数ζ的测定22'u P h ff ζρ=?=' (1-4)2'2uP f ?????? ?=ρζ (1-5) 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 。
图1-1 局部阻⼒测量取压⼝布置图局部阻⼒引起的压强降'f P ? 可⽤下⾯的⽅法测量：在⼀条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻⼒的阀门，在其上、下游开两对测压⼝a-a'和b-b'，见图1-1，使ab ＝bc ；a'b'＝b'c'则：△P f ，a b =△P f ，bc ；△P f ，a ＇b ＇= △P f ，b ＇c ＇在a-a'之间列⽅程式： P a －P a ＇=2△P f ，a b +2△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f (1-6) 在b-b'之间列⽅程式： P b －P b ＇=△P f，bc +△P f ，b ＇c ＇+△P ＇f=△P f ，a b +△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f (1-7) 联⽴式(1-6)和(1-7)，则：'f P ?=2(P b －P b ＇)－(P a －P a ＇)为了实验⽅便，称(P b －P b ＇)为近点压差，称(P a －P a ＇)为远点压差。
实验一 流体流动阻力的测定
实验一 流体流动阻力的测定一、实验目的1、了解流体在管道内摩擦阻力的测定方法；2、确定摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系。
二、基本原理由于流体具有粘性，在管内流动时必须克服内摩擦力。
当流体呈湍流流动时，质点间不断相互碰撞，引起质点间动量交换，从而产生了湍动阻力，消耗了流体能量。
流体的粘性和流体的涡流产生了流体流动的阻力。
在被侧直管段的两取压口之间列出柏努力方程式，可得：ΔP f =ΔPL —两侧压点间直管长度(m)d —直管内径(m)λ—摩擦阻力系数u —流体流速（m/s ）ΔP f —直管阻力引起的压降（N/m 2）µ—流体粘度（Pa.s ）ρ—流体密度（kg/m 3）本实验在管壁粗糙度、管长、管径、一定的条件下用水做实验，改变水流量，测得一系列流量下的ΔP f 值，将已知尺寸和所测数据代入各式，分别求出λ和Re ，在双对数坐标纸上绘出λ～Re 曲线 。
三、实验装置与仪器1、实验装置水泵将储水糟中的水抽出，送入实验系统，首先经玻璃转子流量计测量流量，然后送入被测直管段测量流体流动的阻力，经回流管流回储水槽，水循环使用。
被测直管段流体流动阻力△P 可根据其数值大小分别采用变压器或空气—水倒置U 型管来测量。
实验系统流程图见图一压差传感器与直流数字电压表连接方法见图二2、设备的主要技术参数(1)被测直管段:管径d —0.0080(m) 管长L —1.6(m) 材料:紫铜管(2)玻璃转子流量计:型号LZB —25 测量范围100—1000(L/h) 精度:1.5 型号LZB —10 测量范围10—100(L/h) 精度:2.5(3)单项离心清水泵:型号WB70/055 流量20—2000(L/h)扬程:13.5～19(m) 电功功率:550(W) 电机功率:550(W) 电流:1.35(A) 电压:380(V)22u d L P h ff ⨯=∆=λρ22u P L d f ∆⨯=ρλμρdu =Re四、实验步骤:1、向储水槽内注蒸馏水,直到水满为止。
流体流动阻力的测定
流体流动阻力的测定一、实验流程实验装置流程如图1所示，装置图如图2所示。
压差的测量采用压差传感器或U 型压差计，流量的测量采用涡轮流量计。
直管两测压点之间的距离为3m ，光滑管内径为28 mm ，粗糙管内径为26.6 mm ，局部阻力管段内径为32mm 。
图1流体流动阻力测定实验流程图图2流体流动阻力测定实验装置图二、实验内容（1）测定流体在不同材质和d 的直管中流动时的阻力摩擦系数λ，在双对数坐标纸绘出λ和R e 之间的关系；（2）测定流体通过阀门或90º弯头时的局部阻力系数。
三、实验步骤1. 关闭控制阀，打开光滑管管路上2 个压差变送器的平衡阀，打开光滑管引压阀、光滑管切换阀、弯头引压阀，关闭其它所有阀，打开引水阀，灌泵，放气，然后关闭。
2. 启动泵，系统排气。
(1)总管排气：先将控制阀开至最大然后再关闭，重复三次，目的为了使总管中的大部分气体被排走，然后打开总管排气阀，开至最大后再关闭，重复三遍。
(2)引压管排气：依次对4个放气阀进行排气，将阀门开、关重复三次。
(3)压差计排气：关闭2个平衡阀，重复上述（2）步骤。
3. 将控制阀开至最大，读取流量显示仪读数Q max，然后关至压差显示值约为0.2Kpa～0.3Kpa时，再读取流量显示仪读数Q min，在Q min和Q max二个读数之间布15个点，读取数据。
4.关闭光滑管切换阀。
打开粗糙管管路上2 个压差变送器的平衡阀，打开粗糙管引压阀、粗糙管切换阀、阀门引压阀。
5.粗糙管系统排气步骤同2的（2）、（3）。
6.粗糙管系统流动阻力的测定同光滑管，重复步骤3。
7.实验结束后，关闭控制阀。
离心泵特性曲线的测定一、实验流程实验流程如图3所示，装置图如图4所示，离心泵进、出口管内径分别为40mm、32mm。
图3 离心泵特性曲线测定实验流程图图4 离心泵特性曲线测定装置图二、实验内容用作图法处理实验数据，绘制离心泵特性曲线。
三、实验步骤1. 打开压差传感器平衡阀，关闭离心泵调节阀，打开引水阀，反复开、关放气阀，气体被排尽后，关闭放气阀和引水阀。
流体流动阻力的测定实验
流体流动阻力的测定实验093858 张亚辉5.1 实验内容的直管中流动时的阻力摩擦系数λ，并确定λ（1）测定流体在特定材质和εd和Re之间的关系。
（2）测定流体通过阀门或90°肘管时的局部阻力系数。
5.2 实验目的（1）了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。
5.3 实验基本原理流体管路是由直管、管件（如三通、肘管、弯头）、阀门等部件组成。
流体在管路中流动时，由于黏性剪应力和涡流的作用，不可避免地要消耗—定的机械能。
流体在直管中流动的机械能损失称为直管阻力；而流体通过阀门、管件等部件时，因流动方向或流动截面的突然改变导致的机械能损失称为局部阻力。
在化工过程设计中，流体流动阻力的测定或计算，对于确定流体输送所需推动力的大小，例如泵的功率、液位或压差，选择适当的输送条件都有不可或缺的作用。
（1）直管阻力流体在水平的均匀管道中稳定流动时，由截面1流动至截面2的阻力损失表现为压力的降低，即由于流体分子在流动过程中的运动机理十分复杂，影响阻力损失的因素众多，目前尚不能完全用理论方法来解决流体阻力的计算问题，必须通过实验研究掌握其规律。
为了减少实验工作量，简化实验工作难度，并使实验结果具有普遍应用意义，可采用因次分析方法来规划实验。
将所有影响流体阻力的工程因素按以下三类变量列出①流体性质密度ρ，黏度μ；②管路几何尺寸管径d，管长l，管壁粗糙度ε；③流动条件流速u。
可将阻力损失h f与诸多变量之间的关系表示为根据因次分析方法，可将上述变量之间的关系转变为无因次准数之间的关系其中d uρ/μ=Re称为雷诺准数（Reynoldsnumber），是表征流体流动形态影响的无因次准数；l/d是表示相对长度的无因次几何准数；ε/d称为管壁相对粗糙度。
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
实验一 流体流动阻力的测定
1、掌握测定流体流经圆形直管时的阻力损失hf和摩擦系数λ的方法； 2、掌握测定局部阻力系数ξ的方法； 3、学习双对数坐标纸的用法，在双对数坐标图上标绘λ―Re关系曲线； 4、学习U型压差计和流量计的使用方法。实验原理
流体在管道内流动时，由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力。流体在直管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关，它们之间存在如下关系。
hf=ΔP/ρ= λι/dx(u^2)/2 （1-1 )
λ=2d/ριxΔPf/u^2 (1-2)
Re=ρdu/μ (1-3)
式中：
d——管径，m;
ΔPf——直管阻力引起的压强降，Pa；
u——流速， m/s；
ρ——流体的密度.kg/m3；
1、试验准备 ①将水槽注满水。 ②打开U型差压计的平衡阀，关闭离心泵出口阀门，启动离心泵，并打开转速显示仪开关。 ③打开离心泵出口阀门至最大循环几分钟，排出管路中气体，再把U型差压计上放气阀打开，让水把测压导管中气体记取U型差压计初始读数，打开出口阀，再关闭，看初始读数有无变化，如不变表明气体排尽。2、实验过程 ①测定直管阻力 调节泵出口阀门，使流量逐渐增大，在流量变化中取8～10组数据(流量小时数据密些)，流量稳定时读取数据。 ②测定局部阻力(可在测定直管阻力时同时测定)测定不同流量时的5组数据。 ③记录水温。 ④实验完毕后的检查工作 a首先关闭泵出口阀门，及仪表开关，将U型压差计上平衡阀关闭，再关泵。b 排除槽中水。
实验报告要求
1、绘出λ、Re关系曲线 2、计算闸阀局部阻力系数ξ，并求出平均值。
思考题
1.在测量前为什么要将设备中的空气排尽？怎样赶气？如何检验是否赶尽？ 2.在U型差压计上装设的“平衡阀”有何作用？在什么情况下它是开着的，又在什么情况下它应该是关闭的？(不测定时开，测量时关) 3.不同管径、不同水温测定的λ、Re关系曲线能否用于空气？如何应用？ 4.如测压孔边缘有毛刺或安装就正，对静压的测量是否有影响？
流体流动阻力的测定
g
g
其中：ρ 0——压差计中指示液密度，kg/m3。本实验中用水银作指示液，被测流体为 水。
Δ R——U 型管中水银位差，m。 g——重力加速度，g=9.81m/s2。
2、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，阻力损失表现在压强的降低； 影响阻力损失的因素十分复杂，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究
10、实验装置恢复原状，打开压差计上的平衡阀，并清理实验现场。
五、数据记录及数据处理
数据记录如表 1-1 所示，数据处理如表 1-2 所示。
表 1-1 直管阻力及局部阻力记录表
t=
℃
涡轮流量计系数 N=
转/（L/s）
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 平衡
水温/℃
涡轮转数
直管阻力 左读数/cm
局部阻力 左读数/cm
二、基本原理
流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地会引起压强损耗。
这种损耗包括流体经过直管的沿程阻力以及因流体运动方向改变或因管子大小形状改变所
引起的局部阻力。
1、流动阻力 流动阻力包括沿程阻力和局部阻力二部分，常采用 U 管压差计测量，其依据：
hf= p1 p2 (0 )gR [ m]
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∑Le，则流体在管道中流动时的总阻力损失∑hf 为：
∑hf = λ l le u2 。 d 2g
（2）阻力系数法
六、实验报告
按正规要求的格式书写实验报告，书写本实验报告时，还注意以下事项： 1、根据实验结果，在双对数坐标纸上描绘λ =f(Re)的曲线或在直角坐标纸上描绘 lg
流体流动阻力的测定
化工原理实验报告报告摘要流体阻力的大小关系到输送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意义。
本实验利用由水箱、离心泵、光滑管、粗糙管、层流管、突然扩大管及自动测压、测流量装置等组成的装置，以水为工作流体，在常温常压下测定了光滑管、粗糙管、层流管的摩擦阻力系数λ和突然扩大管的局部阻力系数ξ，依据伯努利方程及Blasius关系式等，探讨了直管的摩擦阻力系数λ随雷诺数Re的变化关系，验证了湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度ε/d的函数，并由测得的一系列数据得到了直管的λ-Re关系曲线，实验成功地完成了相关任务，达到了预期的目的。
一、实验目的及任务1、掌握测定流体流的阻力实验的一般实验方法。
2、测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管和阀门的局部阻力系数ξ。
3、测定层流管的摩擦阻力。
4、验证湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。
5、将所得光滑管的λ—Re方程与Blasius方程相比较。
二、基本原理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，由于黏性和涡流的作用产生摩擦阻力；流体在流过突然扩大、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较多，在工程上通常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）引入下列无量纲数群。
雷诺数Re=duρ/μ相对粗糙度ε/d 管子长径比l/d从而得到2(,,)pdu lud dρεψρμ∆= 令λ=Φ（Re, ε/d ）2(R e,)2pl ud d ερ∆=Φ可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系，这种关系可用试验方法直接测得。
22f pl uh dλρ∆==⨯式中 fh —直管阻力，J/kg;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。
化工原理 实验一
30
（5）流体在管内流动时，如要测取管截面上的 流速分布，应选用流量计测量。 A 皮托管 B 孔板流量计 C 文丘里流量计 D 转子流量计 (6）流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流 速增加一倍，则阻力损失为原来的 2 倍；如果 只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为 原来的 1/4 倍。 （7）粘性流体在流动过程中产生直管阻力的原 因是什么？产生局部阻力的原因又是什么？
28
6.不同管径、不同水温下测定的λ～Re曲线数据能 否关联到同一曲线？ 7.在λ～Re曲线中，本实验装置所测Re在一定范围 内变化，如何增大或减小Re的变化范围？ 8.本实验以水作为介质，作出λ～Re曲线，对其它 流体是否适用？为什么？ 9.影响λ值测量准确度的因素有哪些？
29
九、练习题
(2)全开的截止阀
式 (1—3) 中 pf 为两测压点间的局部阻力与直管 阻力之和。由于管件或阀门距测压孔的直管长 度很短，引起的摩擦阻力与局部阻力相比可以 忽略， pf可近似认为全部由局部阻力损失引起。
2 p 2 u
的大小与管径、阀门的材料及加工精度有关。
15
(2)突然扩大与突然缩小 在水平管的两测压点间列柏努力方程式
u12 p1 u2 2 p2 hf 2 2
局部阻力
hf
p1 p2
u12 u2 2 2
2 p1 p2 u12 u2 2 2( ) u 2
可见，pf的大小除了包括局部阻力损失和可忽略的摩擦 阻力损失之外，还包括动能和静压能之间能量转换值。
(1) 流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小 的地方其静压能 。 (2)测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧 压差值将 ，若改用转子流量计，随 流量增加转子两侧压差值将 。 (3) 流体流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机 械能中的 （动能、位能、静压能）。 (4) 毕托管测量管道中流体的 ，而孔板流 量计测量管道中流体的 。
流体流动阻力的测定
流体流动阻力的测定引言流体流动阻力的测定是流体力学领域中的重要研究内容。
了解流体在流动过程中的阻碍情况对于各种应用和工程设计都具有重要意义。
本文将从流体流动阻力的原理、测定方法以及实验过程等多个方面进行探讨。
流体流动阻力的原理流体流动阻力是流体在流动过程中受到的阻碍力。
其大小取决于流体的性质、流动速度以及物体形状等因素。
根据伯努利定律，流体在流动过程中会产生压力变化。
而由牛顿第二定律可知，物体所受到的阻力与速度成正比。
因此，可以通过测量压力变化和流速来确定流动阻力的大小。
流体流动阻力的测定方法测定方法一：压力差法压力差法是一种常见的测定流体流动阻力的方法。
它通过测量流体流过物体前后的压力差来确定阻力的大小。
具体步骤如下： 1. 设置合适的试验装置，包括流体源、测压装置和物体样品。
2. 测量流体流过物体前后的压力差，可以使用压力传感器或者水银柱测压法。
3. 根据压力差和流体速度计算出流体流动阻力。
测定方法二：阻力系数法阻力系数法是另一种常用的测定流体流动阻力的方法。
它通过测量物体在流体中所受到的阻力，结合流体的性质和运动状态，计算出阻力系数。
具体步骤如下： 1. 设置合适的实验装置，包括流体源、测力装置和物体样品。
2. 测量物体在流体中所受到的阻力，可以使用力传感器或者天平等装置。
3. 根据阻力大小、流体密度、物体形状等参数计算出阻力系数。
流体流动阻力的实验过程实验准备1.准备好实验所需的仪器和设备，包括流体源、压力传感器、流速计、物体样品等。
2.根据实验需要调整流体源的流量和压力。
3.确保实验环境稳定，以减小外界因素对实验结果的影响。
实验步骤1.将流体导入实验装置，确保流体稳定流过物体样品。
2.实时监测流体的压力和流速，并记录相应数据。
3.若使用压力差法，需分别测量流体流过物体前后的压力值。
4.若使用阻力系数法，需测量物体在流体中所受到的阻力。
实验数据处理1.根据测得的数据计算流体流动阻力的大小。
流体流动阻力测定实验
流体流动阻力测定实验一、实验目的⒈学习管路能量损失（hf），直管摩擦系数（λ）的测定方法。
⒉掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系及其变化规律。
⒊学习压强差的几种测量方法和技巧。
⒋掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。
二、实验内容⒈测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数λ。
⒉测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数l与雷诺数Re之间关系曲线和关系式。
三、实验原理1.摩擦系数的测定：h f=λ（L/d）(u2/2)λ=h f(d/L)(2/u2)λ--摩擦系数；h f-- 能量损失；d--管内直径，m;L--测压点距离；m;u--流速，m/s;流速的测定可以用流速计，也可以根据单位时间获得流体体积的“容积法”实测流量反推流速，由于已知d、u,则Re=duρ/ μρ--被测流体密度 kg/m3;μ--被测流体粘度PaS;ρ和μ可由测量流体温度查表取得，根据柏努利方程h f=(z1-z2)g+(u12-u22)/2对任一管路而言。
两截面间的能量损失，可以根据在两截面上测出L、z、ρ、u等值计算出。
如果在一条等直径的水平管上选取两个截面时，z1=z2:u1=u2,柏努利方程可以简化为：h f=(p1-p2)/ρ这样根据测量压差及流量便可以推出一定相对粗糙度时直管的λ-Re关系。
2.弯头局部阻力系数测定：局部阻力系数的测定与摩擦系数测定一样ξ=h f(2/u2)只要计算出能量损失h f和流体流速u即可。
四、实验任务：1.Dg40管的摩擦系数测定2.90℃弯头局部阻力系数测定3.绘制λ～Re曲线关系图。
五、实验步骤：1.水箱充水至80%。
然后调节仪表，MMD智能流量仪及LW-15 型涡轮流量计。
（一般实验室的老师已准备好）2.打开压差计上平衡阀，关闭各放气阀。
3.关闭离心泵的出口阀,以免启动电流过大,烧坏电机。
启动离心泵。
4.排气：a.管路排气。
b.侧压导管排气。
c.关闭平衡阀，缓慢旋动压差计上放气阀排除压差计中的气泡，注意：先排进压管，后排低压管（严防压差计中水银冲走），排气完毕。
流体流动阻力的测定
实验名称：流体流动阻力的测定一、实验目的及任务：1.掌握测定流体流动阻力实验的一般方法。
2.测定直管的摩擦阻力系数及突然扩大管的局部阻力系数。
3.验证湍流区内摩擦阻力系数为雷诺数和相对粗糙度的函数。
4.将所得光滑管的方程与Blasius方程相比较。
二、实验原理：流体输送的管路由直管和阀门、弯头、流量计等部件组成。
由于粘性和涡流作用，流体在输送过程中会有机械能损失。
这些能量损失包括流体流经直管时的直管阻力和流经管道部件时的局部阻力，统称为流体流动阻力。
1.根据机械能衡算方程，测量不可压缩流体直管或局部的阻力H f=(gz1+p1ρ+u122)−(gz2+p2ρ+u222)+H e如果管道无变径，没有外加能量，无论水平或倾斜放置，上式可简化为：H f=p1′−p2′ρ=pρΔp为截面1到2之间直管段的虚拟压强差，即单位体积流体的总势能差，通过压差传感器直接测量得到。
2.流体流动阻力与流体性质、流道的几何尺寸以及流动状态有关，可表示为：p=f(d,l,u,ρ,μ,ε)由量纲分析可以得到四个无量纲数群：欧拉数Eu=p/ρu2，雷诺数Re=duρ/μ，相对粗糙度ε/d和长径比l/d从而有p ρu2=Ψ(duρμ,εd,ld)取λ=Φ(Re,ε/d)，可得摩擦系数与阻力损失之间的关系：H f=pρ=λld×u22从而得到实验中摩擦系数的计算式λ=2pd ρu2l当流体在管径为d的圆形管中流动时，选取两个截面，用压差传感器测出两个截面的静压差，即可求出流体的流动阻力。
根据伯努利方程摩擦系数与静压差的关系，可以求出摩擦系数。
改变流速可测得不同Re下的λ，可以求出某一相对粗糙度下的λ-Re 关系。
在湍流区内摩擦系数λ=Φ(Re,ε/d)，对于光滑管（水力学光滑），大量实验证明，Re在103~105氛围内，λ与Re的关系遵循Blasius关系式，即λ=0.3163/Re0.25对于粗糙管，λ与Re的关系以图来表示。
流体流动阻力测定-白净_图文
ΔPC
ΔPB
根据管径分别可计算出u2、u1，由此测出两个U型管压差计读数ΔPB和 ΔPC[Pa]，即可计算出流体流经突缩处的局部阻力损失ΔP0’。
可以说，所有的局部阻力损失，均可由此方法测出。
（2）局部ΔP’f 的特殊测定方法——单压差计法
当管径未发生变化，且已知该直管的阻力损失（如本实验测弯头和阀门的 局部阻力系数）时，可采用此方法。分布有2个测压点（保证各测压点处速度 分布正常），连接一个压差计。根据柏努里方程和压差计特征知：
一些操作问题
1、为何启动、关停离心泵时，应先关闭出口阀？ 须流量为 0 启动（不怕憋坏）[ 启动功率（电流）最小，避免烧坏电机 ] ； 须流量为 0 后再停泵 [ 防止倒流形成水锤而损坏叶轮 ]。
2、为何要进行排气，如何排气？ U形压差计的连接引压管中存有许多气泡，若不排净，势必会影响U型压差计的
1、直管与阀门局部阻力测定
2、直管与突缩局部阻力测定
3、直管与弯头局部阻力测定
4、U型管压差计
1、平衡阀
平衡阀
作用：排气、防水银冲出 操作：排气时打开，让引
压管内流体流动而带走气泡
水
；测量时关闭；实验完毕后 打开。
液面差
2、液面读法 水银液面是凸面，应从上
水银
切位置读数，且读数值应精 确到最小刻度内，最后一位 数是估读（如图）。
4、了解U形压差计的使用及计算方法。
二、实验原理
1、直管阻力系数λ的测定
流体在管路中流动，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免的会产 生机械能损耗。流体在圆形直管内作定常稳定流动时的摩擦阻力损失为 ：
可知，只要测得ΔPf和管内流速u即可求出直管摩擦系数λ。
(1) 压差损失Δpf的测定
流体流动阻力测定
一、实验目的1、 掌握流体经直管和管阀件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于雷诺准数Re 的关系。
3、 测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数ξ。
4、 学会压差计和流量计的适用方法。
5、 观察组成管路的各种管件、阀件，并了解其作用。
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，不可避免得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均匀管道中稳定流动时，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， (a)流体性质：密度ρ、粘度μ；(b)管路的几何尺寸：管径d 、管长l 、管壁粗糙度ε； (c)流动条件：流速μ。
可表示为： 则 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。
λ—称为摩擦系数。
层流时，λ＝64／Re ；湍流时λ是雷诺准数Re 和相对粗糙度的ρρpp p h f ∆=-=21),,,,,(ερμu l d f p =∆22u d l ph f λρ=∆=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。
(a)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Σ le 表示。
则流体在管路中流动时的总阻力损失 为(b)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。
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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、
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： 2
2
2
1u d l p p p h f
f λρ
ρ
=-=
∆=
（1）
即， 2
2lu p d f
ρλ∆=
（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/k
g ；
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）
μ
ρ
du =
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 。
2
900d V
u 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 。
（2）当采用U 型管液柱压差计时
()gR
p f ρρ∆-=0
(7)
式中：R －液柱高度，m ；
0ρ－指示液密度，kg/m 3。
根据实验装置结构参数l 、d ，指示液密度0ρ，流体温度t 0(查流体物性ρ、μ)，及实验时测定的流量V 、液柱压差计的读数R ，通过式(5)、(6)或(7)、(4)和式(2)求取Re 和λ，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。
(1) 当量长度法
流体流过某管件或阀门时造成的机械能损失看作与某一长度为e l 的同直径的管道所产生的机械能损失相当，此折合的管道长度称为当量长度，用符号e l 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，则流体在管路中流动时的总机械能损失
∑f
h
为：
22
u d l l h e f ∑∑+=λ (8)
(2) 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：
2
2u g p h f
f ξρ='∆=' (9)
故 2
2gu
p f
ρξ'∆=
(10)
式中：ξ —局部阻力系数，无因次；
f p '∆ －局部阻力压强降，Pa ；（本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管段的压降，直管段的压降由直管阻力实验结果求取。
）
ρ —流体密度，kg/m 3； g —重力加速度，9.81m/s 2；
u —流体在小截面管中的平均流速，m ／s 。
待测的管件和阀门由现场指定。
本实验采用阻力系数法表示管件或阀门的局部阻力损失。
根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d ，指示液密度0ρ，流体温度t 0(查流体物性ρ、μ)，及实验时测定的流量V 、液柱压差计的读数R ，通过式(5)、(6)或(7)、(10)求取管件或阀门的局部阻力系数ξ。
三、实验装置与流程
1．实验装置
实验装置如图1所示：
1－水箱；2－管道泵；3－涡轮流量计；4－进口阀；5－均压阀；6－闸阀；
7－引压阀；8－压力变送器；9－出口阀；10－排水阀；11－电气控制箱
图1 实验装置流程示意图
2.实验流程
实验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量计和倒U型压差计等所组成的。
管路部分有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数，光滑管直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。
测定局部阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件(闸阀)；光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。
水的流量使用涡轮流量计测量，管路和管件的阻力采用差压变送器将差压信号传递给无纸记录仪。
3．装置参数
装置参数如表1所示。
表1
四、实验步骤
1．泵启动：首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀，打开总电源和仪表开关，启动水泵，待电机转动平稳后，把出口阀缓缓开到最大。
2.实验管路选择：选择实验管路，把对应的进口阀打开，并在出口阀最大开度下，保
持全流量流动5－10min。
3. 排气：在计算机监控界面点击”引压室排气”按钮,则差压变送器实现排气。
排气泡的方法：
设定仪表上流量值到最大（100时，流速为100%），也可以在电脑上设定，点开流量框，出现setpoint框，输出值设为100，点改变输出值即可，打开压力变送器的阀门，排完气泡关上，关闭出口阀（最左边的阀门），排完打开出口阀，并开到最大。
4．引压：打开对应实验管路的手阀,然后在计算机监控界面点击该对应,则差压变送器检测该管路压差。
5．流量调节：手控状态,变频器输出选择100,然后开启管路出口阀，调节流量，让流量从1到4m3/h范围内变化，建议每次实验变化0.5m3/h左右。
每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应的压差值；自控状态，流量控制界面设定流量值或设定变频器输出值，待流量稳定记录相关数据即可。
流量值设定的方法：
流量值在setpoint框输出值设为100、80、70、….10来调节流量。
和u的实验测定值，可计算λ和ξ，在等温条件下，雷6．计算：装置确定时，根据P
诺数Re=duρ/μ=Au，其中A为常数，因此只要调节管路流量，即可得到一系列λ～Re的实验点，从而绘出λ～Re曲线。
7．实验结束：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。
五、实验数据处理
根据上述实验测得的数据填写到下表：
实验日期：实验人员：学号：温度：装置号：直管基本参数：光滑管径粗糙管径局部阻力管径
六、实验报告
1．根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出λ～Re曲线，对照化工原理教材上有关曲线图，即可估算出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。
2．根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程，计算其误差。
3．根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均ξ值。
4．对实验结果进行分析讨论。
七、思考题
1．在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀?为什么?
2．如何检测管路中的空气已经被排除干净?
3．以水做介质所测得的λ～Re关系能否适用于其它流体?如何应用?
4．在不同设备上(包括不同管径)，不同水温下测定的λ～Re数据能否关联在同一条曲线上?
5．如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响?。