(13本科)实验指导书-《材料工程基础实验》.

湖南工学院

材料工程基础实验

实验指导书

材料与化学工程学院

2015年10月

湖南工学院

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实验课要求

1、按时到达实验室进行实验，无故不得迟到、早退，违者将扣其实

验课的平时成绩。

2、必须按照本人课表安排的时间来实验室进行实验，不得私自调换

实验时间。

3、每次实验之前必须认真进行预习，并写好实验预习报告，无预习

报告的，不得进行实验。

4、实验时，必须认真记录实验数据，不得抄袭别人的实验数据，并

在实验结束后，认真撰写实验报告，在规定时间内统一交到办公室进行

批改。

5、本实验课共分四次实验，无故缺席一次实验，实验成绩即为不及

格，如确有客观原因不能在规定时间内进行实验的，必须及时告知实验

老师，并在其安排的其他时间内补做实验。

6、实验课成绩由平时到课表现，预习及实验报告的成绩共同进行评

定，实验课结束之后，仍未提交实验报告的，或者实验报告不全的，实

验课成绩将记为不及格。

7、实验室的维护是大家共同的工作，所以，每次实验结束后，必须

认真打扫后，方可离开，谢谢大家！

2 实验一流体流动阻力的测定实验

一、实验目的

1、掌握流体流经直管和阀门时的阻力损失和测定方法，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与雷诺数Re的关系。

3、测定流体流经闸阀时的局部阻力系数ξ。

二、实验内容

1、测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数λ。

2、测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系曲线和关

系式。

3、测定流体流经闸阀时的局部阻力系数ξ。

三、实验原理

1、概述

本实验装置可以测定对比：DN20粗糙直管、光滑管和阀门等阻力系数。在实际

生产中，许多过程都涉及到流体流动的内部细节，尤其是流体的流动阻力。流体在

流动过程中为克服流动阻力必定要消耗能量。流体流动阻力产生根本的原因是流体

具有粘性，流动时存在着内磨擦，而固定的管壁或其它形状固体壁面，促使流动流

体的内部发生相对运动，为流体流动阻力的产生提供了条件，因此液体阻力的大小

与流体的物性、流动状况及壁面等因素有关。流体在流动系统中作定态流动时，流

体在各截面上的流速、密度、压强等物理参数仅随位置而改变而不随时间而变。

2、实验原理

1）直管阻力与局部阻力实验

流体阻力产生的根源是流体具有粘性，流动时存在内摩擦。而壁的形状则促使

流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件，流动阻力的大小与

流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。流动阻力可分为直管阻

力和局部阻力。

流体在流动过程中要消耗能量以克服流动阻力。因此，流动阻力的测定颇为重

要。从流程图可知水从贮槽由泵输出，经流量计计量后，再流经管道后回到水槽，

循环利用。改变流量并测定直管与管件的相应压差，即可测得流体流动阻力。

2）直管阻力磨擦系数λ的测定

3

直管阻力是流体流经直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力损失h f 。 对于等直径水平直管段根据两测压点间的柏努利方程有：

g

u d l g P h f 22

∙

∙==λρΔ （1-1） 2

2lu

P

d ρλΔ=

（1-2） 式中：l — 直管长度（m ）

d — 管内径 （m ）

ΔP— 流体流经直管的压强降（Pa ） u — 流体截面平均流速（m/s ） ρ— 流体密度（kg/m 3）

由式（2-2）可知，欲测定λ，需知道l 、d 、（P 1-P 2）、u 、ρ等。 ① 若测得流体温度，则可查得流体的ρ值。 ② 若测得流量，则由管径可计算流速u 。 两测压点间的压降ΔP ，可由仪表直接读数。 3）局部阻力系数ζ的测定

局部阻力主要是由于流体流经管路中管件、阀门局部位置时所引起的阻力损失，在局部阻力件左右两侧的测压点间列柏努利方程有：

2

2

u P

h f ∙

=∆='ζρ （1-3） 即： 2

2u

P

ρζ∆=

（1-4） 式中： ζ — 局部阻力系数

ΔP— 局部阻力压强降（Pa ）

式（2-4）中ρ、u 、ΔP 等的测定同直管阻力测定方法。

ρ

ρ22

22121122p u gz p u gz ++=++

3、实验流程图 1）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，转子流量计和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

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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。

水的流量使用转子流量计测量，管路和管件的阻力采用压差传感器测量。

2

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，打开总电源开关，打开仪表电

源开关，按下启动按钮启动离心泵。

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：将实验管路和测压管中的空气排尽。再进行阻力测定实验。

4、流量调节：开启管路出口阀，调节流量，让流量从3到6m3/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。然后用同样方法做其他管路实验。