沿程阻力的实验报告

中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告

实验日期：成绩：

班级：学号：姓名：教师：

同组者：

实验七、沿程阻力实验

一、实验目的

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

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——文丘利流量计；F2——孔板流量计；F3——电磁流量计；

C——量水箱；V——阀门；K——局部阻力试验管路

图7-1 管流综合实验装置流程图

三、实验原理

本实验所用的管路水平放置且等直径，因此利用能量方程可以推导出管路两点间的沿程水力损失计算公式为：

g

v D L H f

22

•

=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），m 。 由式（1-7-1）可以得到沿程阻力系数λ的表达式：

22v

h L D g

f

⋅=λ （1-7-2） 沿程阻力系数λ在层流时只与雷诺数有关，在紊流时与雷诺数、管壁粗糙度都有关。

当实验管路粗糙度保持不变时，可以得到该管的λ-Re 关系曲线。

四、实验要求

1．有关常数 实验装置编号：No. 4 管路直径：D =21058.1-⨯m ；水的温度：T = 20.0 ℃；

水的密度:ρ= 998.23 kg/m 3；动力粘度系数：μ= 101.055-3⨯ Pa ⋅s ； 运动粘度系数：ν=610007.1-⨯ m 2/s ； 两测点之间的距离：L = 5 m

2．实验数据记录及处理见表7-1和表7-2

以其中一组数据写出计算实例。 以第一组数据为例： 流量

s m

t h h A Q d u /1029.39928.45/10)4.106.55(10400/)(3624---⨯=⨯-⨯⨯=-= 由v A Q ⋅=，则管内平均流速为

s m D Q A Q v /1065.2034/)1058.1(1029.3994/2

2

262---⨯=⋅⨯⨯=⋅==ππ 29

.3195310007.11065.2031058.1Dv

e 1423.0)1065.2203(1056.95251058.18.9221056.952106.75)16.13()16.13(106.752.198.94''-6

2

22

22

2222'221'=⨯⨯⨯⨯===⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=⨯=⨯⨯-=∆⋅-=⨯=-=-=∆---------νλR v h L D g m

h h m

h h h f f 雷诺数沿程阻力系数沿程水头损失水压差计压差汞

3．在双对数坐标纸上绘制λ-Re 的关系曲线。

五、实验步骤

1.阀门V1完全打开。一般情况下V1是开着的，检查是否开着最大即可。

2.打开阀门V10排气，排气完毕后将阀门关闭。

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齐平。若不齐平。须排气（为防止汞发生外泄，排气时应在教师的指导下进行）。

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，将阀门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（当压差为5~7cm 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）。

5.逐次关小阀门V11，记录17组不同的压差及流量。

6.用量筒从实验管路中接足量的水，放入温度计5min 后读出水的温度，查《水的密度和粘度表》得到动力系数μ。

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

六、注意事项

1.本实验要求从大流量开始做（注意一定要把阀门V11完全打开），然后逐渐调小流量，且在实验过程中阀门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 ？ 答：将试验管安装成倾斜时，比压计中的读数差不是沿程水头损失。因为在测试点列伯努利方程可得：)2()2(2

2

222111g

v p z g v p z h f

++-++=γγ，由于管路是等

直径的，则：)()(2

21

1γ

γ

p z p z h f +-+

=，如果实验管是倾斜的位置水头z 不同，

γ

γγ

p

p z p z h f ∆≠

+

-+

=)()(2

21

1所以测得的压差不是沿程水头损失。

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？

答：随着管路使用年限的增加，内管壁的粗糙度也会增加，由于沿程阻力系数在层流时只与雷诺数有关，则λ-Re 关系曲线在层流段变化不大；在紊流段由于管壁粗糙度的增加，沿程水头损失会相应的增加，由式（1-7-2）知沿程阻力系数进而会增大 ，所以紊流段λ-Re 关系曲线会向上偏移。

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？

答：由式（1-7-1）知522

22282)]4//([2gD LQ g D Q D L g v D L h f πλπλλ=⋅⋅=⋅=,当流量、

实验管段长度相同时，管径愈小，沿程水头损失会愈大，而沿程水头损失的大小

和测压管液面差是相等的，所以两断面的测压管液面差会愈大，变化规律即如上式所示。