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
化工原理实验报告-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、掌握测定流体流经直管、管件（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、识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。
二、实验装置实验装置如下图所示：1、水箱2、离心泵3、压差传感器4、温度计5、涡轮流量计6、流量计7、转子流量计8、转子流量计9、压差传感器10、压差传感器11、压差传感器12、粗糙管实验段13、光滑管实验段14、层流管实验段15、压差传感器16、压差传感器17、阐阀18、截止阀图1 实验装置流程图装置参数：名称材质管内径/mm 测量段长度/mm三、实验原理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：2122ff p p p l u h d λρρ∆-=== ⑴即 22fd p luλρ∆=⑵Re du ρμ=⑶采用涡轮流量计测流量V2900Vu dπ=⑷ 用压差传感器测量流体流经直管的压力降f p ∆。
根据实验装置结构参数l 、d ，流体温度T （查流体物性ρ、μ），及实验时测定的流量V 、压力降ΔPf ，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ζ的测定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，这种方法称为阻力倍数法。
即：'2'2ffp u h g gζρ∆== ⑸ 故 '22fp u ζρ∆=⑹根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d ，流体温度T （查流体物性ρ、μ），及实验时测定的流量V 、压力降ΔPf ’，通过式⑸或⑹，求取管件（阀门）的局部阻力系数ζ。
四、实验步骤1、开启仪表柜上的总电源、仪表电源开关。
2、首先对水泵进行灌水，然后关闭出口阀，启动水泵，待电机转动平稳后，把出口阀缓缓开到最大。
3、实验从做大流量开始做起，最小流量应控制在1.5m3/h。
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
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=fd,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=Ψduρμ,εd,ld取λ=ΦRe,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=ΦRe,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.3.对局部阻力,可用局部阻力系数法表示：4.H f= ζu22对于扩大和缩小的直管,式中的流速按照细管的流速来计算.对一段突然扩大的圆直管,局部阻力远大于其直管阻力.由忽略直管阻力时的伯努利方程H f= ζu122=(p1ρ+u122)−(p2ρ+u222)可以得到局部阻力系数的计算式：ζ=1−u22+2p/ρu12式中,u1、u2分别为细管和粗管中的平均流速,p为2,1截面的压差.突然扩大管的理论计算式为：ζ=1−A1/A22 ,A1、A2分别为细管和粗管的流通截面积.三、实验流程：本实验装置如图1所示,管道水平安装,水循环使用,其中管5为不锈钢管,测压点之间距,内径；管6为镀锌钢管,测压点间距离,内径22..5mm；管7为突然扩大管,由扩大至.各测量元件由测压口与压差传感器相连,通过管口的球阀切换被测管路,系统流量由涡轮流量计3调节,离心泵的功率由变频器通过改变输入频率控制转速来实现控制.四、实验操作要点：1.开泵：在关闭所有阀门的情况下,打开电源,启动变频器至50Hz,固定转速,观察泵出口压力稳定后,即可进行排气.2.排气：在对某一管路进行实验之前,排尽设备主管和该管路及对应测压管路内的空气,每切换管路都要排一次气.关闭其他控制阀,打开对应管路的控制阀、测压阀和排气阀,在50Hz下,调节流量至1-2m3/ℎ,待2min以上,压差传感器示数稳定后,关闭排气阀和流量调节阀,在流量为0下观察压差传感器示数是否为0,若有较大偏差则气未排尽,若偏差较小且稳定则记录初始偏差值.3.实验数据测取：确定排气完毕且其余管路切换阀和测压阀关闭后,调节变频器至25Hz左右.对于直管阻力,按照流量由大到小的顺序,测取10组数据,控制压差在~之间.对于突然扩大管的阻力,可测取3组数据.测取数据时,每个数据点取值应等待2min以上且压差和流量稳定为某值或在很小范围内波动.波动时可取其中点.五、原始数据及处理：1.原始数据记录水的物理性质：测定光滑管时,25℃下,ρ=m3,μ=s测定粗糙管及突然扩大管时,℃下,ρ=m3,μ=s1光滑管和粗糙管实验数据光滑管数据：不锈钢管,l=,d=,ε≈,零点误差p=.=.粗糙管数据：镀锌钢管,l=,d=,ε≈,零点误差p表1 光滑管和粗糙管原始数据记录表光滑管粗糙管序号流量/m3h-1压差/kPa流量/m3h-1压差/kPa 123456789102突然扩大局部阻力系数测定数据突扩管： d1=,d2=,初始误差p0=.表2 突然扩大局部阻力系数数据记录表序号流量/m3h-1压差/kPa1232.数据处理表3 光滑管数据处理表序号流量/m3h-1流速/ms-1实际压差/kPaReλλb169034 262486 357996 450513 545836 638913 731991 825443 919270 1012909 其中,λb项为根据Blasius公式计算的理论摩擦系数值.直管阻力系数的计算示例：由表3中第1组数据为例,u=q vA=4q vπd2=4×3.693.14×21.0×10−32×13600m/s=2.96m/s Re=duρμ=21.0×10−3×2.96×996.950.8973×10−3=69034λ=2pdρu2l=2×7.18×103×21.0×10−3996.95×2.962×1.5=0.02303λb=0.3163Re0.25=0.3163690340.25=0.01951表4 粗糙管数据处理表序号流量/m3h-1流速/ms-1实际压差/kPaReλ166896260913355474449854544234636620731363824837918310 1012509图2 光滑管和粗糙管的λ-Re关系曲线曲线分析：a光滑管和粗糙管的摩擦系数均随Re的增大而减小,且随着Re的增大,摩擦系数减小的趋势趋缓.b在同一Re下,相对粗糙度更高的粗糙管比光滑管的摩擦系数更大,说明ε/d 越大,摩擦系数越大.c在同一Re下,光滑管的摩擦系数大于水力学光滑摩擦系数的理论值,说明实验用的光滑管和理论光滑有一定差距.表5 突然扩大管数据处理表序号流量/m3h-1压差/kPa细管流速/ms-1粗管流速/ms-1ζ123局部阻力的计算示例：以表5中第1组数据为例,u1=qvA1=4qvπd12=4×3.573.14×16.0×10−32×13600m/s=4.93m/su2=qvA2=4qvπd22=4×3.573.14×42.0×10−32×13600m/s=0.72m/sζ=1−u22+2pρu12=1−0.722+2×3.20×103996.584.932=0.7149ζ̅=∑ζi3=0.7159理论值ζt=1−A1/A22=1−d12/d222=1−162/4222=0.7308相对偏差δ=|ζ−ζtζt|×100%=|0.7159−0.73080.7308|×100%=2.04%测量值与理论值基本符合,但存在一定误差.五、结果讨论分析1.本次曲线拟合的相对大小比较准确,但是其中表现的趋势不明显,并未得到随着雷诺数增大,摩擦系数趋近于某一值的结论.可能是测定的摩擦系数和雷诺数范围较小,如果增大测定的雷诺数上限,即在更高的流速下做实验,可以看到更好的趋势.2.测定的局部阻力系数和理论值接近,说明实验结果较好.实验值低于理论值,可能是实验设备本身存在损耗,细管在高流量下腐蚀变粗的结果.可以看到随着流量增大有上升趋势,而的三次结果的差值应该是被忽略的直管阻力的影响,因而随着流量增大,表观的局部阻力系数应该增大而不是减小,可能是实验记录和计算舍入的影响.六、思考题1.在不同设备包括相对粗糙度相同而管径不同、不同温度下测定的λ-Re数据能否关联在一条曲线上答：仅在相对粗糙度不同时可以.由λ=ΦRe,ε/d知,摩擦系数是雷诺数和相对粗糙度的函数,当相对粗糙度不变时,可以关联出一条摩擦系数和雷诺数的曲线,而相对粗糙度与温度无关.因此,当且仅当相对保持粗糙度不变时,不同设备,不同温度的λ-Re数据能关联在一条曲线上.2.以水为工作流体所测得的λ-Re关系能否适用于其他种类的牛顿性流体为什么答：可以.由λ=ΦRe,ε/d知,摩擦系数是雷诺数和相对粗糙度的函数,当保持相对粗糙度不变时,流体性质对λ-Re关系不产生影响,可以适用于所有流体.3.测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关系吗为什么管径、管长一样,且R1=R2=R3,见图3答：没有关系.因为计算中的压差值实际上是总势能差,可以通过压差传感器直接测得.本实验中因为管道水平放置,所以总势能差等于静压能差.由U型压差计的伯努利方程：p=ρ1−ρgR又H f=p/ρ,得：H f=(ρ1−ρ)gR/ρ即H f与摆放方式无关.。
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。
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
10
3. 装置参数
管内径（mm） 名称 材质 管路号 装置1 局部阻力 光滑管 粗糙管 闸阀 不锈钢管 镀锌铁管 管内径
测量段长度
（cm）
95 100 100
1A 1B 1C
20.0 20.0 21.0
11
4. 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．流量调节：手控状态,电动调节阀的开度选择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电动调节阀开度， 待流量稳定记录相关数据即可。 • 4．计算：装置确定时，根据 和u的实验测定值，可计算λ和ξ，在等 温条件下，雷诺数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。 • 5．实验结束：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。
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。 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。
13
五、实验数据处理
序号 流量（m3/h）
光滑管压差
（KPa）
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
流体流动阻力测定实验
实验一流体流动阻力的测定一、实验目的⒈了解测定流体直管或管件时的阻力损失方法，确定摩擦系数λ与流体Re的关系、局部阻力系数ξ。
⒉学会压差计和流量计的使用方法。
⒊识别管路中各个管件、阀门，并了解其作用。
二、实验内容1．测定流体流过直管的阻力，确定摩擦系数λ与雷诺数Re的关系；2．测定阀门、管件的局部阻力系数ζ。
三、实验原理流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地要消耗一定的机械能。
管路是由直管和管件（如三通、肘管及大小弯头等）、阀件等组成。
流体在直管中流动造成的机械能损失称直管阻力。
而在通过管件、阀件等局部障碍时因流动方向和流动截面的突然改变所造成的机械能损失称局部阻力。
流体在水平管道中作定常流动时，由截面1流动到截面2的阻力损失表现在静压的降低，即所以流体流过直管时的能量损失[J/kg]λ=2dΔP1/ρlu2流体流过阀门或管件因局部阻力引起的能量损失[J/kg]ζ=2ΔP2/ρu2式中λ——摩擦系数； l ——管长，m； d ——管内径，m； u ——管内流速，m/s；ζ——阻力系数；ρ——流体密度，kg/m3; Δp1,Δp2——可由U形管压差计中的读数R值求得；Δp=(ρ指-ρ)gR ρ指——指示液的密度，kg/m3； g ——重力加速度，9.81m/s2四、实验装置流体流动测定示意图1—真空表 2—压力表 3—测压阀 4—控制阀5—涡轮流量计 6—平衡阀 7—放气阀 8—U形管压差计五、操作方法⒈选择进行实验的管路，打开其两端的阀门，同时关闭其余管路两端的阀门。
⒉打开各U形管压差计上的平衡阀及相应的测压阀。
⒊开启流量指示积算仪。
⒋转动泵轴，看其松紧是否正常。
⒌打开管路未端出口阀，关闭泵出口阀。
⒍引水灌泵。
7．开启泵的电源开关，若真空表和压力表上有读数，说明泵的转动正常，此时就可以送液。
（注意在泵出口阀关阀的情况下，泵转动不可过久，以防其发热损坏）。
8．逐渐打开出口阀，至流量指示积算仪上的指针达到满量程为止，然后关闭管路末端出口阀。
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、学习直管摩擦阻力ΔP f ，直管摩擦系数λ的测定方法2、掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re 之间关系的测定方法及其变化规律3、学会压差变送器和流量计的安装及使用方法。
4、识别组成管路中各个管件，阀门并了解其作用。
二、 实验内容1、测定水在不同流量下，流过一段等直径水平管的流动阻力和直管摩擦系数。
2、测定不同流量下，流体经阀门或90°弯管时的流动阻力系数，检查数据的重复性。
三、基本原理由于流体粘性的存在，流体在流动的过程中会发生流体间的摩擦，从而导致阻力损失。
层流时阻力损失的计算式是由理论推导得到的；湍流时由于情况复杂得多，未能得出理论式，但可以通过实验研究，获得经验的计算式。
其研究的基本步骤如下：①寻找影响过程的主要因素对所研究的过程作初步的实验和经验的归纳，尽可能地列出影响过程的主要因素。
对湍流时直管阻力损失h f 与诸多影响因素的关系式应为：h f =f(d,u,ρ,μ,l ,ε) (1) ②、因次分析法规划实验当一个过程受多个变量影响时，通常用网络法通过实验以寻找自变量与因变量的关系，以（1）式为例，若每个自变量的数值变化10次，测取h f的值而其他自变量保持不变，6个自变量，实验次数将达106。
为了减少实验工作量，需要在实验前进行规划，以尽可能减少实验次数。
因次分析法是通过将变量组合成无因次数群，从而减少实验自变量的个数，大幅度地减少实验次数。
通过因次分析法可以将对（1）式的研究转变成对以下（2）式的4个无因次数之间的关系的研究。
即：),,('2dd l du f u h f εμρ= （2） 其中，若实验设备已定，那么以上（2）式可写为：2),(2u d l d du f h f ⋅⋅=εμρ （3）若实验设备是水平直管，以上（3）式可写为：2),(2u d l d du f P⋅⋅=∆εμρρ （4） 所以： 22u d l P⋅⋅=∆λρ （5）即： ),(ddu f εμρλ= （6） Re du ρμ=（7）式中: ΔP f 一直管阻力引起的压强降。
流体流动阻力的测定实验
实验5 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和流体流动阻力对工程的实际意义。
2. 测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re 的关系，将所得的λ～Re 方程与经验公式比较。
3. 测定流体流经阀件时的局部阻力系数ζ。
4. 学会差压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、实验原理流体输送管路是由直管、管件和阀件组成。
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，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。
（一）沿程阻力（直管阻力）流体在水平等径圆管中稳定流动时，在截面1和截面2间的阻力损失表现为压力降低。
即ρρpp p h f ∆=-=21 （6-1）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，简化实验工作难度，使实验结果具有普遍意义，可采用量纲分析方法将各变量组合成准数关联式。
根据实验结果分析，影响阻力损失的因素有三类变量。
1. 流体性质：密度ρ、粘度μ；2. 管路的几何尺寸：管径d 、管长l 、管壁粗糙度ε；3. 流动条件：流速u ；可将阻力损失与各变量之间表示为如下的函数形式),,,,,(ερμu l d f p =∆ （6-2）根据量纲分析法，可将上述各变量间的关系转变为无因次准数之间的关系),,(2d d l du up εμρρΦ=∆ （6-3）2),(2u d l d du p⋅⋅=∆εμρϕρ （6-4） 令 ),(ddu εμρϕλ= （6-5） 则 22u d l ph f ⋅=∆=λρ （6-6） 式中 Δp ——压力降，Pa ；h f ——直管阻力损失，J/kg ； ρ——流体密度，kg/m 3；λ——直管摩擦系数，无因次；层流 (滞流)时，λ＝64/Re ；湍流时λ是雷诺准数Re 和相对粗糙度ε/d 的函数，需由实验确定；l ——直管长度，m ； d ——直管内径，m ； ε——管壁绝对粗糙度，m ； u ——流体流速，m/s ，由实验测定。
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实验报告
流体流动阻力的测定实验报告实验报告名称：流体流动阻力的测定一、实验目的本实验旨在通过实验测定流体的流动阻力，理解流体流动的基本原理，掌握流体流动阻力的计算方法，提高实验操作和数据处理能力。
二、实验原理在流体流动过程中，由于流体的粘滞性，会产生流动阻力。
流动阻力与流体的性质、管道的几何尺寸和流速等因素有关。
根据伯努利方程，流体的能量守恒，但在流动过程中会存在压力损失，这种压力损失即为流动阻力。
流动阻力的大小可以通过测定管道两端的压力差来计算。
三、实验步骤1.实验准备：准备实验器材，包括水、测压计、管道、阀门、流量计等。
2.开始实验：开启水源，调节流量，打开测压计，记录初始数据。
3.改变流量：通过调节阀门改变流量，记录每次改变流量后测压计的数据。
4.结束实验：关闭水源，整理实验数据。
四、数据分析表1 测压计数据记录表根据实验数据，我们发现随着流量的增加，测压计的压力差也在增加。
这说明流速越大，流动阻力也越大。
同时，我们可以通过计算得到每个流量下的阻力值。
将数据绘制成图表可以更直观地观察阻力与流量之间的关系。
通过线性拟合可以找到阻力与流量之间的定量关系。
这将为我们后续的流体流动分析提供重要依据。
五、实验结论本实验通过测定不同流量下管道两端的压力差，成功地测得了流体的流动阻力。
实验结果表明，随着流量的增加，流动阻力也相应增加。
这说明流速是影响流动阻力的一个重要因素。
此外，本实验还初步探讨了流动阻力与流量之间的关系，为今后更深入的流体流动研究奠定了基础。
本实验不仅提高了我们的实验操作能力，还强化了我们对于流体流动基本原理的理解。
通过数据处理和图表分析，我们能够更准确地把握流动阻力的变化规律，为实际生产过程中的流体输送和分配提供了重要参考依据。
六、实验体会与建议在本次实验中，我深刻体会到了实践对于理论知识的检验作用。
通过实际操作和观察，我对流体流动阻力的概念有了更深入的理解。
同时，我也意识到了实验数据处理和误差分析的重要性。
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
ξ2 平均 值
m3/s
m/s
Ｐa
1
2 3
16
流 体 流动 实 验---- 附表
第 表1-1
序 号 0 1
套实验装置
实验日期
直管流动阻力测定原始数据记录表
( 左侧 直管)压差计示值(mm) 右侧 净值 流体 温度 ℃
流量数字积算 仪读数 m3/h
2
3 …
13
流 体 流动 实 验---- 附表
表1-2
序 号
0 1
局部阻力管件阻力系数测定原始数据记录表
第5～8套
直管阻力 DN25镀锌管 d内=27mm，l =4.0 m； DN20镀锌管 d内=21mm，l=4.0m。 局部阻力 DN25截止阀 DN (40－25) 变径管件(缩小)。
8
流体流动实验
五、操作步骤
(1) 熟悉实验装置流程及所使用的仪表。 (2) 开启总阀向系统送水。 (3) 排气。 ① 管路排气。 ② 测压导管排气。 ③ U形管压差计排气。 (4) 开启调节阀，关闭U形管压差计上的平衡阀。
阀门局部阻力系数 测定压差计示值 (mm)( ＤＮ ) 左侧 右侧 左侧 变径管件局部阻力系数 流体 测定压差计示值(mm) 温度 ( ＤＮ － ) 右侧 净值 净值 ℃
流量数字 积算仪读 数
m3/h
2 3
14
流 体 流动 实 验---- 附表
表1-3
(
序 号 1 流量 m3/s 流速 m/s
直管流动阻力测定数据整理表
10
流体流动实验
六、实验报告内容和要求
(1) (2) (3) (4) (5) 整理测试数据，计算实验结果。 计算过程举例。 在双对数坐标纸上标绘实测的λ-Re曲线。 计算局部阻力系数 ξ，并求其平均值。 对实验现象和实验结果分析讨论。
流体流动阻力的测定实验
hf
p1 p2
Hf
p1 p2
g
J ·kg –1 (3)
m水柱
(4)
试验基本原理
当流体在圆形直管内流动时，流体因磨擦阻力所
造成旳能量损失（压头损失），有如下一般关系式：
hf
p1
p2
p
l
d
u2
2
J ·kg –1
(5)
或
Hf
p1 p2
g
l
d
u2 2g
m液柱
试验环节
3、试验布点 因为Re在充分湍流区，λ～Re旳关系是直线，所以大流量时 少布点，而Re在比较小时，λ～Re旳关系是曲线，所以小 流量时多布点。先将控制阀开至最大，读取流量显示仪读， 然后关至水银压差计差值约0.10时，在读取流量显示仪读 数，在和二个读数之间布12～14个点。水温取第一组和最 终一组读数旳平均值。
(6)
或写成
p
p1
p2
l d
u2
2
2p
u2
d l
试验基本原理
p p1 p2 (示-）gR (示-）g(R1 R2 ) Pa
u qV A
qV
F C
103 m3
s
Re du
2、局部阻力系数ζ旳测定:
试验基本原理
当流体流过管路系统时，因遇多种管件、阀门和测量仪
表等而产生局部阻力，所造成旳能量损失（压头损失），
化工原理试验
—— 流体流动阻力旳测定试验
试验目旳
1、学习直管摩擦阻力△P、局部阻力△P局、直管摩擦系数λ、 局部阻力系数ζ旳测量措施；
2、掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间旳关系旳测定措施及 其变化规律；
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
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：
Δp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：
由量纲分析可以得到四个无量纲数群：
欧拉数，雷诺数，相对粗糙度和长径比
从而有
取，可得摩擦系数与阻力损失之间的关系：
从而得到实验中摩擦系数的计算式
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，对于光滑管（水力学光滑），大量实验证明，Re在氛围内，
λ与Re的关系遵循Blasius关系式，即
对于粗糙管，λ与Re 的关系以图来表示。
3.对局部阻力，可用局部阻力系数法表示：
4.
对于扩大和缩小的直管，式中的流速按照细管的流速来计算。
对一段突然扩大的圆直管，局部阻力远大于其直管阻力。
由忽略直管阻力时的伯努利方程
可以得到局部阻力系数的计算式：
式中，、分别为细管和粗管中的平均流速，为2,1截面的压差。
突然扩大管的理论计算式为：，、分别为细管和粗管的流通截面积。
三、实验流程：
本实验装置如图1所示，管道水平安装，水循环使用，其中管5为不锈钢管，测压点之间距，内径；管6
为镀锌钢管，测压点间距离，内径22..5mm；管7为突然扩大管，由扩大至。
各测量元件由测压口与压差传感器相连，通过管口的球阀切换被测管路，系统流量由涡轮流量计3调节，离心泵的功率由变频器通过改变输入频率控制转速来实现控制。
四、实验操作要点：
1.开泵：在关闭所有阀门的情况下，打开电源，启动变频器至50Hz，固定转速，观察泵出口压力稳定后，即可进行排气。
2.排气：在对某一管路进行实验之前，排尽设备主管和该管路及对应测压管路内的空气，每切换管路都要排一次气。
关闭其他控制阀，打开对应管路的控制阀、测压阀和排气阀，在50Hz下，调节流量至1-2，待2min以上，压差传感器示数稳定后，关闭排气阀和流量调节阀，在流量为0下观察压差传感器示数是否为0，若有较大偏差则气未排尽，若偏差较小且稳定则记录初始偏差值。
3.实验数据测取：确定排气完毕且其余管路切换阀和测压阀关闭后，调节变频器至25Hz左右。
对于直管阻力，按照流量由大到小的顺序，测取10组数据，控制压差在~之间。
对于突然扩大管的阻力，可测取3组数据。
测取数据时，每个数据点取值应等待2min以上且压差和流量稳定为某值或在很小范围内波动。
波动时可取其中点。
五、原始数据及处理：
1.原始数据记录
水的物理性质：
测定光滑管时，25℃下，ρ=m3，μ=s
测定粗糙管及突然扩大管时，℃下，ρ=m3，μ=s
(1)光滑管和粗糙管实验数据
光滑管数据：不锈钢管，l=，d=，ε≈，零点误差p0=。
粗糙管数据：镀锌钢管，l=，d=，ε≈，零点误差p0=。
表1 光滑管和粗糙管原始数据记录表
序号
光滑管粗糙管
流量/(m3*h-1)压差/(kPa)流量/(m3*h-1)压差/(kPa)
1
2 3
4
5
6
7
8
9
10
(2)突然扩大局部阻力系数测定数据
突扩管： d1=，d2=，初始误差p0=。
表2 突然扩大局部阻力系数数据记录表
序号流量/(m3*h-1)压差/(kPa)
1
2
3
2.数据处理
表3 光滑管数据处理表
序号流量/(m3*h-1)流速/(m*s-1)
实际压差
/(kPa)
Reλλb 169034
262486
357996
450513
545836
638913
731991
825443
919270
1012909
其中，λb项为根据Blasius公式计算的理论摩擦系数值。
直管阻力系数的计算示例：
由表3中第1组数据为例，
表4
粗糙管数据处理表
序号流量/(m3*h-1)流速/(m*s-1)实际压差
/(kPa)
Reλ
166896
260913
355474
449854
544234
636620
731363
824837
918310
1012509
图2 光滑管和粗糙管的λ-Re关系曲线
曲线分析：
(a)光滑管和粗糙管的摩擦系数均随Re的增大而减小，且随着Re的增大，摩擦系数减小的趋势趋缓。
(b)在同一Re下，相对粗糙度更高的粗糙管比光滑管的摩擦系数更大，说明ε/d越大，摩擦系数越大。
(c)在同一Re下，光滑管的摩擦系数大于水力学光滑摩擦系数的理论值，说明实验用的光滑管和理论光滑有一定差距。
表5 突然扩大管数据处理表
序号流量/(m3*h-1)
压差
/(kPa)
细管流速/(m*s-1)粗管流速/(m*s-1)ζ
1 2
3
局部阻力的计算示例：
以表5中第1组数据为例，
理论值
相对偏差
测量值与理论值基本符合，但存在一定误差。
五、结果讨论分析
1.本次曲线拟合的相对大小比较准确，但是其中表现的趋势不明显，并未得到随着雷诺数增大，摩擦系数趋近于某一值的结论。
可能是测定的摩擦系数和雷诺数范围较小，如果增大测定的雷诺数上限，即在更高的流速下做实验，可以看到更好的趋势。
2.测定的局部阻力系数和理论值接近，说明实验结果较好。
实验值低于理论值，可能是实验设备本身存在损耗，细管在高流量下腐蚀变粗的结果。
可以看到随着流量增大有上升趋势，而的三次结果的差值应该是被忽略的直管阻力的影响，因而随着流量增大，表观的局部阻力系数应该增大而不是减小，可能是实验记录和计算舍入的影响。
六、思考题
1.在不同设备（包括相对粗糙度相同而管径不同）、不同温度下测定的λ-Re数据能否关联在一条曲线上
答：仅在相对粗糙度不同时可以。
由知，摩擦系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，当相对粗糙度不变时，可以关联出一条摩擦系数和雷诺数的曲线，而相对粗糙度与温度无关。
因此，当且仅当相对保持粗糙度不变时，不同设备，不同温度的λ-Re数据能关联在一条曲线上。
2.以水为工作流体所测得的λ-Re关系能否适用于其他种类的牛顿性流体为什么
答：可以。
由知，摩擦系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，当保持相对粗糙度不变时，流体性质对λ-Re关系不产生影响，可以适用于所有流体。
3.测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关系吗为什么（管径、管长一样，且R1=R2=R3，见图3
）
答：没有关系。
因为计算中的压差值实际上是总势能差，可以通过压差传感器直接测得。
本实验中因为管道水平放置，所以总势能差等于静压能差。
由U型压差计的伯努利方程：
又，得：
即与摆放方式无关。