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. 学习液压计及流量计的使用方法；

2.识别管路中的各个管件、阀门并了解其作用；

3.测定流体流经直管时的摩擦系数与雷诺数的关系；

4.测定90。标准弯头的局部阻力系数。

二、实验原理

1. 摩擦系数的测定方法

直管的摩擦系数是雷诺数和管的相对粗糙度（ε/d）的函数，即λ=Ф(Re, ε/d),因此，在相对粗糙度一定的情况下，λ与Re存在一定的关系。根据流体力学的基本理论，摩擦系数与阻力损失之间存在以下关系：

(1-1)

式中：h f 阻力损失，J/N;

L管段长度，m;

d管径，m;

u流速，m/s;

摩擦系数;

g重力加速度，m/s2。

流体在水平均匀直管中作稳态流动时，由截面1流动到截面2时的阻力损失体现在压强的降低，即

(1-2)

两截面之间管段的压强差(P1-P2)可以用U形压差计测量，故可以计算出h f 。

用涡轮流量计测定流体通过已知管段的流量，在已知管径的情况下流速可以通过体积流量来计算，由流体的密度ρ、粘度μ，因此，对于每一组测得的数据可以分别计算出对应的λ和Re。

2. 局部阻力系数的测定

根据局部阻力系数的定义：

(1-3)

式中：ζ—局部阻力系数。

实验时测定流体经过管件时的阻力损失h f及流体通过管路的流速u，其中阻力损失h f可以应用机械能衡算方程由压差计读数求出，再由式(1-3)即可计算出局部阻力系数。在测定阻力损失时，测压孔不能紧靠管件处，因为在紧靠管件处压强差难以测准。通常测压孔都开设在距管件一定距离的管子上，这样测出的阻力损失包括了管件和直管两部分，因此计算管件阻力损失时应扣除直管部分的阻力损失。

三、实验装置与流程

1. 实验装置

实验装置主要由离心泵、流量计、各种阀门、不同管径、材质的管子以及突

然扩大和突然缩小组合而成。水由离心泵从水槽中抽出后，经过流量计被送至几

根并联的管道，水流经管道和管件后返回水槽。直管阻力损失用U形压差计测

定其压差。管内水的流量用涡轮流量计测定。用调节阀调节流量的大小。

实验设备使用注意事项：

（1）离心泵在启动前应灌泵排气。

（2）离心泵要在出口阀关闭的情况下启动。

（3）停车前要先关出口阀。

四、实验记录

实验日期2012/4/20

设备编号管径d 36.5 mm

水温 15 ℃大气压 101325 Pa

1.直管阻力系数

直管材料钢管；管径 36.5 mm；直管长度L 2000 mm

实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 压差

（mmH

2O）

280 236 195 158 119 97 60 3

9

5

流量V （m3/s）3.27*

103-

3.00*

103-

2.71*

103-

2.40*

103-

2.02*

103-

1.70*

103-

1.40*

103-

1.10*

103-

0.00

2.局部阻力系数

管件 90°弯头；管径 36.5 mm

实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 压差

（mmH

2O）

215 180 138 125.5 86 63 49.6 31 6

流量V （m3/s）3.27*

103-

3.00*

103-

2.71*

103-

2.40*

103-

2.02*

103-

1.70*

103-

1.40*

103-

1.10*

103-

0.00

五、实验报告

1.对实验数据进行处理，处理过程必须有一组数据的计算实例；

2.根据实验结果在双对数坐标上描绘λ~Re关系曲线；

3.对实验结果进行讨论。

六、思考题

1. 本实验用水作为介质做出的λ~Re关系曲线，对其它流体是否实用？为什么？

2. 不同管径、不同水温下测定的λ~Re 数据能否关联到同一条曲线上？

3. 为什么要对系统进行排气操作？

4. 以水为工作流体测得的λ~Re 关系曲线能否应用于空气，如何应用？

1.直管阻力系数:

取第七组数据进行计算：

s m d V A V u /339.10365

.0*14.310*40.1*4/4/2

3

2

====-π

pa p p 47.274610*325.101*33

.1006

.0321==

-

/g 21ρλp p -=g

u d L 22=-=221)(2Lu d p p ρ010252.0127.3*2*10000365.0*47.2746*22

=

查表得：15℃时，s

mpa *1404.1=μ

==

μρud Re 5

10*4286.01404

.10365

.0*339.1*1000=

绘λ~Re 关系曲线：

实验次数 1 2

3

4

5

6

7

8

流速

u （m/s ）

3.127 2.869 2.591 2.295 1.931 1.626 1.339 1.052

摩擦系数λ

0.010252

0.010265

0.011466

0.010740

0.011426

0.011781

0.011981

0.012617

雷诺数Re 1.0008* 105

0.9183* 105

0.8293* 105

0.7345* 105

0.6180* 105

0.5204* 105

0.4286* 105

0.336

7* 105