C4.7.2 圆柱绕流与卡门涡街
分析钝体绕流阻力的典型例子是圆柱绕流
1．圆柱表面压强系数分布
无粘性流体绕流圆柱时的流线图如图C4.7.1中虚线所示。A 、B 点为前后驻点，C 、D 点为最小压强点。AC 段为顺压梯度区，CB 段为逆压梯度区。压强系数分布如下图对称的a 线所示。实际流体绕流圆柱时，由于有后部发生流动分离，圆柱后表面上的压强分布与无粘性流动有很大差别。后部压强不能恢复到与前部相同的水平，大多保持负值（表压）。 （圆柱后部流场显示）
实验测得的圆柱表面压强系数如图C4.7.1中b 、c 线所示，两条线分别代表不同Re 数时的数值。b 为边界层保持层流时发生分离的情况，分离点约在 = 80°左右；c 为边界层转捩为
湍流后发生分离的情况，分离点约在 =120°左右。 （高尔夫球尾部分离）从图中可看到后部
的压强均不能恢复到前部的水平。沿圆柱面积分的压强合力，即压差阻力，以b 线最大，以c 线最小。从图中还可发现，在尾流分离区内，压强大致是均匀分布，因此沿圆柱表面的压强分布应如图B3.6.3所示。
图C4.7.1
2．阻力系数随R e 数的变化
用量纲分析法分析二维圆柱体绕流阻力F D 与相关物理量ρ、V 、d 、μ的关系，可得
(C4.7
.13)
上式表明圆柱绕流阻力系数由流动Re 数（ρVd /μ）唯一确定。图C4.7.2为二维光滑圆柱体绕流的C D -Re 关系曲线。根据阻力与速度的关系及阻力系数变化特点，可将曲线分为6个区域，并画出与5个典型Re 数对应的圆柱尾流结构图案（图C4.7.3)。
θ
θ
图
C4.7.2
（1）Re＜＜1，称为低雷诺数流动或蠕动流。几乎无流动分离，流动图案上下游对称（a）。阻力以摩擦阻力为主，且与速度一次方成比例。
（2）1≤Re≤500，有流动分离。当Re=10，圆柱后部有一对驻涡（b）。当Re 〉100时从圆柱后部交替释放出旋涡，组成卡门涡街（c）。阻力由摩擦阻力和压差阻力两部分组成，且大致与速度的1.5次方成比例。
（3）500≤Re〈2×105，流动分离严重，大约从Re=104起，边界层甚至从圆柱的前部就开始分离（d），涡街破裂成为湍流,形成很宽的分离区。阻力以压差阻力为主，且与速度的二次方成比例，即C D几乎不随Re数变化。
（4）2×105≤Re≤5×105，层流边界层变为湍流边界层，分离点向后推移，阻力减小，C D下跌，至Re = 5×105时，C D=0.3达最小值，此时的分离区最小（e）。
（5）5×105≤Re≤3×106，分离点又向前移，C D回升。
（6）Re＞3×106，C D与Re无关，称为自模区。
3．卡门涡街
在圆柱绕流实验中发现，大约在Re = 40起，圆柱后部的一对旋涡开始出现不稳定地摆动，如图C4.7.3(b)所示，大约到Re=70起，旋涡交替地从圆柱上脱落，两边的旋涡旋转方向相反，随流而下，在圆柱后面形成有一定规则的、交叉排列的涡列，称为卡门涡街（图C4.7.3c）。（圆柱后部卡门涡街演示）
图C4.7.3 卡门（V.Karman, 1911）用理想流体复势理论对涡街的诱导速度，稳定性和阻力等作了分析。指出涡街的移动速度比来流速度小得多；涡列的排列规则有多种可能，但只有在h/ l= 0.2806（h为两涡列的间距，l为同列涡中相邻涡的间距）时才相对稳定；涡街对圆柱单位长度上引起的阻力为
(C4.
7.4)
由于圆柱体上的涡以一定的频率交替释放，柱体表面上的压强分布也以一定的频率发生有规则的变化，使圆柱受到周期性变化的合力作用，其频率与涡的释放频率相同。早在19世纪，捷克人斯特劳哈尔(V.Strouhal,1878)就对电线在风中发出鸣叫声作过研究，并提出计算涡释放频率f的经验公式
(C4.
7.5)
上式中d为圆柱直径，Re=ρUd/μ，说明Sr由Re数唯一确定，测量表明约在Re=60-5000范围内可观察到有规则的卡门涡街，并在Re=600-5000范围内Sr数几乎保持为0.21的常数。以后是不规则的与湍流混合的尾迹，Sr数略有降低并一直保持到2×10 5 。
卡门涡街引起的流体振动，造成声响。除了电线的“同鸣声”外，在管式热交换器中使管束振动，发出强烈的振动噪声，锅炉发出低频噪声即属此列（锅炉热交换管束及流场显示）。更为严重的是对绕流物周期性的压强合力可能引起共振，潜水艇潜望镜遇到这种情况，将不能正常工作，美国华盛顿州塔克马吊桥（Tacoma，1940）因设计不当，在一次暴风雨中由桥体诱发的卡门涡街在几分钟内将桥摧毁。目前在高层建筑、大跨度桥梁设计中避免发生气流振动和破坏的研究和实验已日益引起重视。
C4.7.3 不同形状物体的阻力系数
1．圆球
圆球绕流C D -Re 关系曲线如图C4.7.5所示。在Re 《1时，阻力以摩擦阻力为主，阻力系数可以计算
F D =3πμd U （C4.7.5）
上式称为斯托克斯圆球阻力公式。
图C4.7.5
（C4.7.6）
圆柱绕流相似，从Re >1起就出现流动分离，压差阻力加入总阻力中去。随着Re 的增加，在总阻力中，粘性阻力所占比例不断下降，至Re =1000左右只占总阻力的5% 。在10 3< Re <3×10 5范围内阻力系数保持平稳，但比同样直径的圆柱（C D =1.2）更低（C D =0.4）。至Re =3×10 5也出现阻力系数突然下跌现象，从0.4跌至0.1。普朗特曾做过实验，他在圆球前部套一金属丝圈，人为地将层流边界层提前转化为湍流边界层，结果分离点从原来的θ=80°后移到θ=120°左右，使阻力系数明显下跌。这是因为湍流边界层内速度廓线饱满，克服分离能力比层流增强的缘故。边界层转捩还受到表面粗糙度的影响，实验表明光滑球发生转捩的绕流雷诺数Re d = 4×10 5，而粗糙球相应的雷诺数只有 5×104。
[思考题C4.7.3]
2．流线型体
为了降低绕流物体的压差阻力，只有从减小后部逆压梯度入手，流线型体就这样应运而生。流线型体是前部圆滑，后部平缓，形体细长（图4.7.6）。几乎所有游得快的鱼类都是这种体形。
（鳟鱼的体形与流线形翼形比较）但由于后部加长，摩擦阻力随之加大，必须正确处理两种阻力的关系。
Re 64
D C
图4.7.6
图C4.7.7
图C4.7.7为一水滴形流线型体在风洞实验中所做的阻力测量的结果。流线型体的厚度t和弦长l之比t/ l为阻力图中横坐标，阻力系数C D为纵坐标。阻力图中分别绘制了摩擦阻力、压差阻力和总阻力曲线，弦长雷诺数Re l = ρvl/μ=4×10 5。从图中可看到最小总阻力位于t/ l= 0.25 处，C D=0.06 。当t/ l减小时（细长型）压差阻力虽然减小，但摩擦阻力上升更快，当d / l增大时（粗短型）摩擦阻力减小，但压差阻力急剧上升，两者均使总阻力增大。将水滴形流线体与相同厚度（直径为d）的圆柱体相比，前者的最小阻力系数(C D=0.06)只有后者最小阻力系数(C D=0.3见图C4.7.2)的1/5。
根据空气动力学理论精心设计的层流型翼型，不仅消除了分离，而且使翼面上的边界层几乎均处于层流态，可使阻力系数降低到只有水滴型流线体的十分之一。
实验报告 项目名称：流体流动阻力测定实验 学院： 专业年级： 学号： 姓名： 指导老师： 实验组员： 一、实验目的 1、学习管路阻力损失h f和直管摩擦系数λ的测定方法。 2、掌握不同流量下摩擦系数λ与雷诺数Re之间的关系及其变化规律。 3、学习压差测量、流量测量的方法。了解压差传感器和各种流量计的结构、使用方法 及性能。 4、掌握对数坐标系的使用方法。
二、实验原理 流体在管道内流动时，由于黏性剪应力和涡流的存在，会产生摩擦阻力。这种阻力包括流体流经直管的沿程阻力以及因流体运动方向改变或管子大小形状改变所引起的局部阻力。 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 = ρf P ?=2 2 u d l λ （4-1） 式中： -f h 直管阻力，J/kg ； -d 直管管径，m ； -?p 直管阻力引起的压强降，Pa ； -l 直管管长，m ； -u 流速，m / s ； -ρ流体的密度，kg / m 3； -λ摩擦系数。 滞流时，λ= Re 64 ；湍流时，λ与Re 的关系受管壁相对粗糙度d ε?的影响，即λ= )(Re,d f ε。 当相对粗糙度一定时，λ仅与Re 有关，即λ=(Re)f ，由实验可求得。 由式（4—1），得 λ= 2 2u P l d f ???ρ （4-2） 雷诺数 Re =μ ρ ??u d （4-3） 式中-μ流体的黏度，Pa*s 测量直管两端的压力差p ?和流体在管内的流速u ，查出流体的物理性质，即可分别计算出对应的λ和Re 。 三、实验装置 1、本实验共有两套装置，实验装置用图4-2所示的实验装置流程图。每套装置中被测光滑直管段为管内径d=8mm ，管长L=1.6m 的不锈钢管；被测粗糙直管段为管内径d=10mm ，管长L=1.6m 的不锈钢管 2、 流量测量：在图1-2中由大小两个转子流量计测量。 3、 直管段压强降的测量：差压变送器或倒置U 形管直接测取压差值。
. 北京化工大学化工原理实验报告 实验名称：流体阻力实验 班级：化工11 姓名： 学号：2011011 序号： 同组人： 设备型号：流体阻力-泵联合实验装置UPRSⅢ型-第套实验日期：2013-11-4
一、实验摘要 本实验使用104实验室UPRS Ⅲ型第7套实验设备，测量了水流经不锈钢管、镀锌管、突扩管、阀门、层流管的阻力损失。确定了摩擦系数和局部阻力系数的变化规律和影响因素。该实验提供了一种测量实际管路阻力系数的方法，其结果可为管路实际应用和工艺设计提供重要的参考。 关键词：流量，压降，雷诺数，摩擦系数，局部阻力系数 二、实验目的 1、测量湍流直管道的阻力，确定摩擦阻力系数。 2、测量湍流局部管道的阻力，确定局部阻力系数。 3、测量层流直管道的阻力，确定摩擦阻力系数。 三、实验原理 1、直管道和局部管道阻力损失e f h u p gZ u p gZ h +++-++=)2()2(2 2 22211 1ρρ (1) 其中h e =0,z 1=z 2,所以测出管道上下游截面的静压能、动能，代入方程即可求得阻力。 2、根据因次分析法可得： （1）直管道阻力损失2 2 u d l h f ?=λ……(2)。其中，l 为管道长度，d 为管道内 径，u 为管内平均流速。只要测定l ，d ，u ，和λ，代入方程即可求得阻力h f 。
其中，λ的理论值计算方法为：25 .0Re 3163.0=湍流λ ； Re 64 = 层流λ。 对于水平无变径直管道，根据式（1）、（2）可得到摩擦系数的计算方法 为221) (2u l p p d ??-=ρλ测量。 （2）管道局部阻力损失2 2 1 u h f ?=ζ……（3）。其中，ζ为管道局部阻力系数， u 为平均流速（突扩管对应细管流速u 1）。将ζ和u 代入方程即可求得局部阻力h f 。 其中，ζ的理论值计算方法为：2 2 1)1(A A - =突扩管ζ ;常数截止阀=ζ；常数球阀=ζ。 对于水平放置的管件，根据式（1）、（3）可得到局部阻力系数的计算方 法为2 21) 2u p p ?-=ρζ（阀门；2 1 122 2) (2-1u p p u ρ ζ-+ =突扩管。 四、实验流程和设备
北 京 化 工 大 学 实 验 报 告 课程名称： 化工原理实验 实验日期： 2008.10.29 班 级： 化工0602 姓 名：许兵兵 学 号： 200611048 同 组 人 ：汤全鑫 阮大江 阳笑天 流体流动阻力的测定 摘要 ● 测定层流状态下直管段的摩擦阻力系数（光滑管、粗糙管和层流管）。 ● 测定湍流状态不同（ε/d）条件下直管段的摩擦阻力系数（突然扩大管）。 ● 测定湍流状态下管道局部的阻力系数的局部阻力损失。 ● 本次实验数据的处理与图形的拟合利用Matlab 完成。 关键词 流体流动阻力 雷诺数 阻力系数 实验数据 Matlab 一、实验目的 1、掌握直管摩擦阻力系数的测量的一般方法； 2、测定直管的摩擦阻力系数λ以及突扩管的局部阻力系数ζ； 3、测定层流管的摩擦阻力 4、验证湍流区内λ、Re 和相对粗糙度的函数关系 5、将所得光滑管的Re -λ方程与Blasius 方程相比较。 二、实验原理 不可压缩流体（如水），在圆形直管中作稳定流动时，由于粘性和涡流的作用产生摩擦阻力；流体在流过突然扩大和弯头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然发生变化，产生局部阻力。影响流体流动阻力的因素较多，在工程研究中，利用因次分析法简化实验，引入无因此数群 雷 诺 数： μρ du = Re 相对粗糙度： d ε 管路长径比： d l 可导出： 2)(Re,2u d d l p ??=?εφρ 这样，可通过实验方法直接测定直管摩擦阻力系数与压头损失之间的关系： 22u d l p H f ? ?=?=λρ
因此，通过改变流体的流速可测定出不同Re 下的摩擦阻力系数，即可得出一定相对粗糙度的管子的λ—Re 关系。 在湍流区内，λ = f（Re ，ε/ d ），对于光滑管大量实验证明，当Re 在3×103至105的范围内，λ与Re 的关系遵循Blasius 关系式，即： 25 .0Re 3163.0=λ 对于层流时的摩擦阻力系数，由哈根—泊谡叶公式和范宁公式，对比可得： Re 64=λ 局部阻力： f H =2 2 u ?ξ [J/kg] 三、装置和流程 四、操作步骤 1、启动水泵，打开光滑管路的开关阀及压降的切换阀，关闭其它管路的开关阀和切换阀； 2、排尽体系空气，使流体在管中连续流动。检验空气是否排尽的方法是看当流量为零时候U 形压差计的两液面是否水平； 3、调节倒U 型压差计阀门1、2、3、 4、5的开关，使引压管线内流体连续、液柱等高； 4、打开流量调节阀，由大到小改变10次流量（Re min ＞4000）,记录光滑管压降、孔板压降数据； 5、完成10组数据测量后，验证其中两组数据，确保无误后，关闭该组阀门； 6、测量粗糙管（10组）、突然扩大管（6组）数据时，方法及操作同上； 7、测量层流管压降时，首先连通阀门6、7、8、9、10所在任意一条回流管线，其次打开进入高位水灌的上水阀门11，关闭出口流量调节阀16； 8、当高位水灌有溢流时，打开层流管的压降切换阀，对引压管线进行排气操作； 9、打开倒U 型压差计阀门5，使液柱上升到n 型压差计示数为0的位置附近，然后关闭该阀门，检 图1 流体阻力实验装置流程图 1． 水箱 2．离心泵 3．孔板流量计 4．管路切换阀 5．测量管路 6．稳流罐 7．流量调节阀
实验一 流体流动阻力实验 一、实验目的 1、学习直管摩擦阻力f P ?、直管摩擦系数λ的实验方法； 2、掌握不同流量下摩擦系数λ与雷诺数Re 之间的关系及其变化规律； 3、学习局部阻力的测定方法； 4、学习压强差的几种测量方法和技巧； 5、掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。 二、实验原理 1． 直管摩擦系数 与雷诺数Re 的测定 直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即)/(Re,d f ελ=，对一定的相对粗糙度而言，(Re)f =λ。 流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为： ρ ρf f P P P h ?=-= 2 1 （1） 又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式） 2 2 u d l P h f f λρ=?= （2） 整理（1）（2）两式得 2 2u P l d f ???=ρλ （3） μ ρ ??= u d Re （4） 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。 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 f P ?与流速u （流量V ）之间的关系。 测得一系列流量下的f P ?后，根据实验数据和式（3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ；用式（4）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 2 2 'u P h f f ζρ =?= ' （5） 2'2u P f ?????? ??=ρζ （6） 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3 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3，使 ab ＝bc ； a ＇b ＇＝b ＇c ＇ 则 △P f ，a b ＝△P f ，bc ； △P f ，a ＇b ＇= △P f ，b ＇c ＇
实验七、沿程阻力实验 一、实验目的填空 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的关系曲线； 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 在图1-7-1下方的横线上正确填写实验装置各部分的名称 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——文秋利流量计；F2——孔板流量计；F3——电磁流量计； C——量水箱；V——阀门；K——局部阻力实验管路 图1-7-1 管流综合实验装置流程图 三、实验原理在横线正确写出以下公式 本实验所用的管路是水平放置且等直径，因此利用能量方程式可推得管路两点间的沿程水头
损失计算公式： 2 2f L v h D g 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。 由式（1-7-1）可以得到沿程阻力系数λ的表达式： 2 2f h D g L v λ= （1-7-2） 沿程阻力系数λ在层流时只与雷诺数有关，而在紊流时则与雷诺数、管壁粗糙度有关。 当实验管路粗糙度保持不变时，可得出该管的λ-Re 的关系曲线。 四、实验要求 填空 1．有关常数 实验装置编号：No. 7 管路直径：D = 1.58 cm ； 水的温度：T = 13.4 ℃； 水的密度：ρ= 0.999348g/cm 3； 动力粘度系数：μ= 1.19004 mPa ?s ； 运动粘度系数：ν= 0.011908 cm 2/s ； 两测点之间的距离：L = 500 cm
1 3.14圆柱绕流阻力实验(压强分布法) 一、实验目的 圆柱绕流实验是研究外流问题和形状阻力的典型实验。通过测量圆柱表面的压强分布，认识实际流体绕圆柱流动时表面压强分布规律，并与理想流体相比较，理解形状阻力产生的原因及测量、计算方法。 二、实验原理 理想流体均流对二维圆柱作无环量绕流时，圆柱表面任一点的速度分量为 V r = 0, V θ= 2V ∞sin θ (1) 式中V ∞为来流速度。圆柱表面任一点的压强p i 与来流压强p ∞的关系满足伯努利方程 p V 2 p V 2 i +θ=∞+∞ (2) ρg 2g ρg 2g 式中ρ为流体密度。以压强系数C P 表达流体压强的分布 C =p i -p ∞ =1-4sin 2θ (3) P 1ρ 2 2 V ∞ 由于压强分布沿圆柱面前后对称，压强合力为零，称为达朗贝尔佯缪。 实际流体绕圆柱流动时，由于粘性得影响压强分布前后不对称；特别是当流动达到一定雷诺数后，粘性边界层在圆柱后部发生分离，形成漩涡。从分离点开始圆柱体后部的压强大致接近分离点压强，不能恢复到前部的压强，破坏了前后压强分布的对称性，形成压差阻力 F D 。由于圆柱表面的摩擦阻力相对于压差阻力小得多，可忽略不计，阻力系数可表为 C D =1 2π C P cos θd θ (4) 2 ρV ∞A 式中A 为圆柱的迎风特征面积，压强系数C P 由（3）式确定。实验中由多管压力计分别测 量p -p 和 ρV 2 i ∞ 2 ∞ p i -p ∞=ρm g (h i -h ∞) (5) 1 ρV 2 =k ρg (h -h ) (6) 2 ∞ m 0 ∞ 式中h i 为测点的静压水头高，h 0 来流的总压水头高，h ∞为来流的静压水头高，ρm 测压计 ? F D =
. 化学实验教学中心 实验报告 化学测量与计算实验Ⅱ 实验名称：流体流动阻力的测定 学生姓名：学号： 院（系）：年级：级班 指导教师：研究生助教： 实验日期： 2017.05.26 交报告日期： 2017.06.02
一、实验目的 1.学习直管摩擦阻力、直管摩擦系数的测定方法； 2.掌握直管摩擦阻力系数与雷诺数和相对粗糙度之间的关系及其变化规律； 3.掌握局部阻力的测量方法； 4.学习压强差的几种测量方法和技巧； 5.掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。 二、实验原理 化工管路是由直管和各种管阀件组合构成的，流体通过管内流动必定存在阻力。因此，在进行管路设计和流体机械造型时，阻力大小是一个十分重要的参数。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.直管摩擦阻力系数与雷诺数的测定 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，对水平等径管道，它们之间存在如下关系： （1-1） （1-2） （1-3） 式中，为直管阻力引起的压头损失，；为管径，；为直管阻力引起的压强降，； 为管长，；为流速，；为流体密度，；为流体的粘度，。 直管摩擦阻力系数与雷诺数之间的关系，一般可以用曲线来表示。在实验装置中，直管段长度与管径都已经固定。若水温一定，则水的密度和粘度也是定值。所以本实验实质上是测定直 管段流体阻力引起的压强降与流速（流量V）之间的关系。根据实验数据以及式（1-2）可以计算出不同流速下的直管摩擦系数，用式（1-3）计算对应的，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出两者的关系曲线。
化工原理实验报告 实验名称：流体流动阻力测定 班级： 学号： 姓名： 同组人： 实验日期：
流体阻力实验 一、摘要 通过测定不同阀门开度下的流体流量v q ，以及测定已知长度l 和管径d 的光滑直管和粗糙直管间的压差p ?，根据公式22u l p d ρλ?=，其中ρ为实验温度下流体的密度；流 体流速2 4d q u v π= ，以及雷诺数μ ρdu =Re （μ为实验温度下流体粘度），得出湍流区光滑直管和粗糙直管在不同Re 下的λ值，通过作Re -λ双对数坐标图，可以得出两者的关系曲线，以及和光滑管遵循的Blasius 关系式比较关系，并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。由公式2 22 1 21p u u ρζ ?+ =- 可求出突然扩大管的局 部阻力系数，以及由Re 64=λ求出层流时的摩擦阻力系数λ，再和雷诺数Re 作图得出层 流管Re -λ关系曲线。 关键词：摩擦阻力系数 局部阻力系数 雷诺数Re 相对粗糙度ε/d 二、实验目的 1、掌握测定流体流动阻力实验的一般试验方法； 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ζ； 3、测定层流管的摩擦阻力系数λ； 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ε/d 的函数； 5、将所得光滑管的λ-Re 方程与Blasius 方程相比较。 三、实验原理 1、直管阻力损失函数：f （h f ，ρ，μ， l ，d ，ε, u ）=0 应用量纲分析法寻找hf （ΔP /ρ）与各影响因素间的关系 1）影响因素 物性：ρ，μ 设备：l ，d ，ε 操作：u （p,Z ） 2）量纲分析 ρ[ML -3]，μ[ML -1 T -1]，l [L] ，d [L]，ε[L]，u [LT -1]，h f [L 2 T -2] 3）选基本变量（独立，含M ，L ，T ） d ，u ，ρ（l ，u ，ρ等组合也可以） 4）无量纲化非基本变量 μ：π1＝μρa u b d c [M 0L 0T 0] =[ML -1 T -1][ML -3]a [LT -1]b [L]c ? a=-1,b=-1,c=-1 变换形式后得：π1＝ρud /μ l:π2＝l/d ε:π3＝ε/dh f :π4＝h f /u 2 5）原函数无量纲化
流体力学Fluent报告——圆柱绕流
亚临界雷诺数下串列双圆柱与方柱绕流的数值模拟 摘要：本文运用Fluent软件中的RNG k-ε模型对亚临界雷诺数下二维串列圆柱和方柱绕流问题进行了数值研究，通过结果对比，分析了雷诺数、柱体形状对柱体绕流阻力、升力以及涡脱频率的影响。一般而言，Re数越大，方柱的阻力越大，圆柱体则不然；而Re越大，两种柱体的升力均越大。相对于圆柱，同种条件下，方柱受到的阻力要大；相反地，方柱涡脱落频率要小。Re越大，串列柱体的Sr数越接近于单圆柱体的Sr数。 关键字：圆柱绕流、升力系数、阻力系数、斯特劳哈尔数 在工程实践中，如航空、航天、航海、体育运动、风工程及地面交通等广泛的实际领域中，绕流研究在工程实际中具有重大的意义。当流体流过圆柱时 , 由于漩涡脱落，在圆柱体上产生交变作用力。这种作用力引起柱体的振动及材料的疲劳，损坏结构，后果严重。因此，近些年来，众多专家和学者对于圆柱绕流问题进行过细致的研究，特别是圆柱所受阻力、升力和涡脱落以及涡致振动问题。 沈立龙等[1]基于RNG k?ε模型，采用有限体积法研究了亚临界雷诺数下二维圆柱和方柱绕流数值模拟，得到了圆柱和方柱绕流阻力系数C 与 Strouhal 数 d 随雷诺数的变化规律。姚熊亮等[2]采用计算流体软件CFX中LES模型计算了二维不可压缩均匀流中孤立圆柱及串列双圆柱的水动力特性。使用非结构化网格六面体单元和有限体积法对二维N- S方程进行求解。他们着重研究了高雷诺数时串列双圆柱在不同间距比时的压力分布、阻力、升力及Sr数随Re数的变化趋势。费宝玲等[3]用FLUENT软件对串列圆柱绕流进行了二维模拟，他们选取间距比L/D(L为两圆柱中心间的距离，D为圆柱直径)2、3、4共3个间距进行了数值分析。计算均在 Re = 200 的非定常条件下进行。计算了圆柱的升阻力系数、尾涡脱落频率等描述绕流问题的主要参量，分析了不同间距对圆柱间相互作用和尾流特征的影响。 圆柱绕流的一个重要特征是流动形态取决于雷诺数。Lienhard[4]总结了大量
北京化工大学化工原理实验报告 实验名称：流体流动阻力测定 班级：化工10 学号：2010 姓名： 同组人： 实验日期：2012.10.10
流体阻力实验 一、摘要 通过测定不同阀门开度下的流体流量v q ，以及测定已知长度l 和管径d 的光滑直管和粗糙直管间的压差p ?，根据公式2 2u l p d ρλ?=，其中ρ为实验温度下流体的密度；流体流速 24d q u v π= ，以及雷诺数μ ρdu =Re （μ为实验温度下流体粘度），得出湍流区光滑直管和粗糙直管在不同Re 下的λ值，通过作Re -λ双对数坐标图，可以得出两者的关系曲线，以及和光滑管遵循的Blasius 关系式比较关系，并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。由公式2 22 1 21p u u ρζ?+ =- 可求出突然扩大管的局部阻力系数，以及由 Re 64= λ求出层流时的摩擦阻力系数λ，再和雷诺数Re 作图得出层流管Re -λ关系曲线。 关键词：摩擦阻力系数 局部阻力系数 雷诺数Re 相对粗糙度ε/d 二、实验目的 1、掌握测定流体流动阻力实验的一般试验方法； 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ζ； 3、测定层流管的摩擦阻力系数λ； 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ε/d 的函数； 5、将所得光滑管的λ-Re 方程与Blasius 方程相比较。 三、实验原理 1、直管阻力损失函数：f （h f ，ρ，μ， l ，d ，ε, u ）=0 应用量纲分析法寻找hf （ΔP /ρ）与各影响因素间的关系 1）影响因素 物性：ρ，μ 设备：l ，d ，ε 操作：u （p,Z ）
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： 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：ζ（），、分别为细管和粗管的流通
流体流动阻力系数的测定实验报告 一、实验目的: 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及突然扩大管与阀门的局部阻力系数ξ。 3、验证湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺系数Re与相对粗糙度的函数。 4、将所得光滑管的λ—Re方程与Blasius方程相比较。 二、实验器材: 流体阻力实验装置一套 三、实验原理: 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,由于黏性与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与方向突然变化,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 △P=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 △P/(ρu2)=ψ(duρ/μ,ε/ d, l / d) 令λ=φ(Re,ε/ d) △P/ρ=(l / d)φ(Re,ε/ d)u2/2 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定。 h f=△P/ρ=λ(l / d)u2/2 ——直管阻力,J/kg 式中,h f 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流动阻力。根据伯努利方程找出静压强差 与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,这样就可得出某一相对粗糙度下管子的λ—Re关系。 (1)、湍流区的摩擦阻力系数 在湍流区内λ=f(Re,ε/d)。对于光滑管,大量实验证明,当Re在3×103~105范围内,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的关系均以图来表示。 2、局部阻力
《实践创新基础》报告 姓名： 班级学号： 指导教师： 日期： 成绩： 南京工业大学化学工程与工艺专业
实验名称:流体流动阻力测定实验 一、实验目的 1 测定流体在圆直等径管内流动时的摩擦系数λ与雷诺数Re的关系，将测得的λ~Re曲线与由经验公式描出的曲线比较； 2 测定流体在不同流量流经全开闸阀时的局部阻力系数ξ 3 掌握流体流经直管和阀门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 4 学会倒U形差压计 1151差压传感器 Pt温度传感器和转子流量计的使用方法 5 观察组成管路的各种管件阀门，并了解其作用。 6 掌握化工原理实验软件库的使用 二、实验装置流程示意图及实验流程简述 来自高位水槽的水从进水阀1首先流经光滑管11上游的均压环，均压环分别与光滑管的倒U形压差计和1151压差传感器15的一端相连，光滑管11下游的均压环也分别与倒U 形压差计和1151压差传感器的另一端相连。 当球阀3关闭且球阀2开启时，光滑管的水进入粗糙管12，粗糙管上下游的均压环分别同时与粗糙管的倒U形压差计和1151压差传感器的两端相连。当球阀5关闭时，从粗糙管下来的水流经铂电阻温度传感器18，然后经流量调节阀6及流量计16后，排入地沟。 当球阀2关闭且球阀3打开时，从光滑管来的水就流入装有闸阀4的不锈钢管13，闸阀两端的均压环分别与一倒U形压差计的两端相连，最后水流经流量计，再排入地沟。
三、简述实验操作步骤及安全注意事项 1 操作步骤 （1）排管路中的气泡。 打开阀1、2、3、6，排除管路中的气泡，直至流量计中的水不含气泡为至，然后关闭阀6。 （2）1151压差传感器排气及调零。 排除两个1151压差传感器内气泡时，只要打开压差传感器下面的考克7、8、9、10，当软管内水无气泡时，排气结束，此过程可反复多次，直至无气泡为至。 压差传感器排气结束后，用螺丝刀调节压差传感器背后Z旋扭，使相应的仪表数字显示在0左右，压差传感器即可进入实验状态。 （3）U形压差计内及它们连接管内的气泡的排除。 关闭倒U形压差计上方的放空阀，打开U形压差计下方的排水考克，再打开U形压差计下方与软管相连的左右阀，关闭左右阀中间的平衡阀，直到玻璃管中水不出现气泡，然后关闭U形压差计下方与软管相连的左右阀，打开上方的放空阀和下方的排水考克，令玻璃管内水位下降到适当高度，再打开左右阀中间的平衡阀，倒U形压差计两玻璃管内的水位会相平，否则重复上过排汽过程，直至两玻璃管内的水位相平。 测定光滑管直管阻力、粗糙管直管阻力、局部阻力的三个倒U形压差计的排气方法相同，再此不再一一介绍。特别注意的是，实验过程不能碰撞玻璃管，以免断裂。 （4）直管阻力的测定。 打开阀2，关闭阀3，调节阀6，流量从2m3 /h开始，分别记录相应的光滑管及粗糙管的倒U形压差计两玻璃管内的指示剂高度差，流量每次增加1 m3/h, 直至最大流量。在测量过程应密切注意转子流量计中的流量变化，因为四套实验装置的水流量会相互干扰。（5）局部阻力的测定。 关闭阀2，排开阀3，调即阀6，取三个不同的流量，如2、3、4m3/h,记录相应指示剂高度差。水温可在最后测，测一次即可。 2 注意事项 开关阀门时，一定要缓慢开关，以防止仪表受损。 四、实验装置的主要设备仪器一览表
亚临界雷诺数下串列双圆柱与方柱绕流的数值模拟 摘要：本文运用Fｌｕｅｎｔ软件中的RNＧk-ε模型对亚临界雷诺数下二维串列圆柱和方柱绕流问题进行了数值研究，通过结果对比,分析了雷诺数、柱体形状对柱体绕流阻力、升力以及涡脱频率的影响。一般而言,Rｅ数越大,方柱的阻力越大，圆柱体则不然；而Rｅ越大,两种柱体的升力均越大。相对于圆柱,同种条件下，方柱受到的阻力要大；相反地，方柱涡脱落频率要小。Ｒe越大，串列柱体的Sr数越接近于单圆柱体的Ｓr数。 关键字：圆柱绕流、升力系数、阻力系数、斯特劳哈尔数 在工程实践中，如航空、航天、航海、体育运动、风工程及地面交通等广泛的实际领域中,绕流研究在工程实际中具有重大的意义。当流体流过圆柱时, 由于漩涡脱落，在圆柱体上产生交变作用力。这种作用力引起柱体的振动及材料的疲劳,损坏结构，后果严重。因此,近些年来，众多专家和学者对于圆柱绕流问题进行过细致的研究，特别是圆柱所受阻力、升力和涡脱落以及涡致振动问题。 沈立龙等[1］基于RNG ｋ?ε模型,采用有限体积法研究了亚临界雷诺数下二维圆柱和方柱绕流数值模拟,得到了圆柱和方柱绕流阻力系数Ｃ 与Ｓｔｒｏ ｄ uhal 数随雷诺数的变化规律。姚熊亮等［２］采用计算流体软件CFX中LES模型计算了二维不可压缩均匀流中孤立圆柱及串列双圆柱的水动力特性。使用非结构化网格六面体单元和有限体积法对二维Ｎ-S方程进行求解。他们着重研究了高雷诺数时串列双圆柱在不同间距比时的压力分布、阻力、升力及Sｒ数随Re数的变化趋势。费宝玲等［3]用ＦＬUENT软件对串列圆柱绕流进行了二维模拟，他们选取间距比L/Ｄ(Ｌ为两圆柱中心间的距离，D为圆柱直径)2、3、４共３个间距进行了数值分析。计算均在Re= ２0０的非定常条件下进行。计算了圆柱的升阻力系数、尾涡脱落频率等描述绕流问题的主要参量,分析了不同间距对圆柱间相互作用和尾流特征的影响。 圆柱绕流的一个重要特征是流动形态取决于雷诺数。Liｅnhard[4]总结了大量的实验研究结果并给出了圆柱体尾流形态随雷诺数变化的规律。当Ｒe<５时，圆
4.1 流体流动阻力测定实验 一、实验目的 ⒈学习直管摩擦阻力△P f 、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 和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。 ⒊掌握局部阻力的测量方法。 ⒋学习压强差的几种测量方法和技巧。 ⒌掌握双对数坐标系的使用方法。 二、实验内容 ⒈测定实验管路（光滑管和粗糙管）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λ与雷诺数Re 和相对粗糙度之间的关系曲线。 ⒊在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数。 三、实验原理 ⒈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 = ρf P ?=22 u d l λ （4-1） λ=22u P l d f ???ρ （4-2） Re = μρ??u d （4-3） 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。 ⒉局部阻力系数ζ的测定 22 'u P h f f ζρ=?=' （4-4）
流体流动阻力的测定实验 一、实验内容 1.测定流体在特定的材质和ξ/d 的直管中流动时的阻力摩擦系数λ，并确定λ和Re 之间的关系。 2.测定流体通过阀门时的局部阻力系数。 二、实验目的 1．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或阀门的局部阻力，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。 三、实验原理 流体通过由直管和阀门组成的管路系统时，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 流体流动过程是一个多参数过程，)(ερμ、、、、、u l d f h f =。由因次分析法，从诸多影响流体流动的因素中组合流体流经管件时的阻力损失可用下式表示： ?? ????ξμρ=ρ?d ,du ,d l F u P 2 λ=Ψ（Re ，ε/d ） 雷诺准数μ ρdu e = R ;2 2 u d l P h f ??=?=λρ 只要找出λ、ξ就可计算出流体在管道内流动时的能量损失。 g P Hg )R(ρρ-=?
易知，直管摩擦系数λ仅与Re 和 d ε 有关。因此，只要在实验室规模的装置 上，用水做实验物系，进行试验，确定λ与Re 和 d ε 的关系，然后计算画图即可。 2.局部阻力 局部阻力可以用当量长度法或局部阻力系数法来表示，本实验用局部阻力系数法来表示，即流体通过某一管件或阀门的阻力损失用流体在管路中的动能系数 来表示，用公式表示： 2 2 u P h f ξρ=?= 一般情况下，由于管件和阀门的材料及加工精度不完全相同，每一制造厂及每一批产品的阻力系数是不尽相同的。 四、实验设计 由 22 u d l h f ??=λ和2 2u h f ξ=知，当实验装置确定后，只要改变管路中流体流速u 及流量V ，测定相应的直管阻力压差ΔP 1和局部阻力压差ΔP 2，就能通过计算得到一系列的λ和ξ的值以及相应的Re 的值， 【原始数据】在实验中，我们要测的原始数据有流量V ，用来计算直管阻力压差ΔP 1和局部阻力压差ΔP 2的U 型压差计的左右两边水银柱高度，流体的温度t （据此确定ρ和μ），还有管路的直径d 和直管长度l 。 【测量点】在直管段两端和局部两端各设一对测压点，分别测定ΔP 1 和ΔP 2 ，还要在管路中配置一个流量和温度测试点。 【测试方法】温度用温度计测定，流量我们用涡轮流量计来测定，则 Ｑ=f/ξ 其中，f 表示涡轮流量计的转子频率，其值由数显仪表显示；ξ为涡轮流量计的仪表系数；Q 为流量，单位L/s 。 五、实验装置流程及说明 主要设备和部件：离心泵，循环水箱，涡轮流量计，阀门，直管及管件，玻
银纳米粒子制备及光谱和电化学性能表征 - 1 - 流体流动阻力的测定 王晓鸽 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. 学会流量计和压差计的使用方法。 5. 识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。 二、实验原理 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 的测定 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为： 即， 式中： —直管阻力摩擦系数，无因次； —直管内径， ； —流体流经 米直管的压力降， ； —单位质量流体流经 米直管的机械能损失， ；
—流体密度，； —直管长度，； —流体在管内流动的平均流速，。 层流流时， 湍流时是雷诺准数和相对粗糙度的函数，须由实验确定。 欲测定，需确定、，测定、、、等参数。、为装置参数（装置参数表格中给出），、通过测定流体温度，再查有关手册而得，通过测定流体流量，再由管径计算得到。可用型管、倒置型管、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。求取和后，再将和标绘在双对数坐标图上。 2．局部阻力系数的测定 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。本实验采用阻力系数法。 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： 因此， 式中：—局部阻力系数，无因次； －局部阻力压强降，；（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。）—流体密度，； —流体在管内流动的平均流速，。 根据连接阀门两端管径，流体密度，流体温度（查流体物性、），
实验二 水流流动形态及绕流现象演示 一、演示目的 1、观察各种几何边界变化条件下产生的旋涡现象，搞清旋涡产生的原因与条件。 2 3 流经固体边界的水流，当达到一定雷诺数时，由于固体边界的形状和大小突然发生变化，在惯性的作用下，就会出现主流与边界分离而产生旋涡，如突然缩小、突然扩大、孔板等处。水流在这些突变的边界处形成局部水流阻力，损失较大能量。在旋涡范围内，水流常表现为高度紊乱并伴随有剧烈摩擦、分裂和撞击作用，部分水流运动的连续性遭受破坏，出现明显的主流与固体边界脱离，而导致大尺度旋涡的产生。 图2-1 绕物体流动平面图 水流绕物体(如闸墩、圆柱等)的流动称为绕流。在绕流中有两种阻力作用于物体上。一是摩擦阻力τ，它是由水流的粘滞性而产生。二是形状阻力P ，它由物体前后压差形成。如上图所示圆柱绕流及圆头方尾闸墩绕流。由于绕流时边界层发生分离，在圆柱后面产生旋涡，并产生分离点，边界层分离点的位置随物体形状，表面粗糙度及流速大小而变。旋涡的产生，使绕流物体后部压力小于前部压力形成前后压差，增加了水流对物体的作用力。绕流阻力的 F D =C D A γu 02/2g 式中 C D ——绕流阻力系数。是被绕流物体的形状和水流状况的函数,由实验测定。 A ——被绕物体垂直水流方向的投影面积。 u 0——为水流未受绕流影响以前的速度。 γ——水的容重。 流动演示模拟上述几何边界，并采有气泡示踪法，可以把流动中的流线、边界层分离现 三、演示设备 下图是流动演示装置图。它表示七种不同类型的边界。采用自循环供水方式，只要接通水源和220V 电源，即可进行演示。
图2-2 流动显示实验装置简图 Ⅰ型：显示逐渐扩散、逐渐收缩、突然扩大、突然收缩、壁面冲击、直角弯道等纵剖面 Ⅱ型：主要显示以文透利流量计、孔板流量计、圆弧进口管嘴及壁面冲击，圆弧弯道为 Ⅲ型：显示30°弯头、直角圆弧弯头、直角弯头，45°弯头以及非自由射流等流段纵剖面上 Ⅳ型：显示30°弯头、分流、合流、45°弯头、YF溢流阀、蝶阀等流段纵剖面上的流 Ⅴ型：主要显示明渠逐渐扩散、单圆柱绕流、多圆柱绕流及直角弯道的流动状态。能清 Ⅵ型：主要显示明渠扩散、圆头方尾的桥墩(或闸墩)钝体绕流、流线体绕流、直角弯道 Ⅶ型：这是一只“双稳放大射流阀”流动原理显示仪。可显示射流附壁现象，即“附壁 四、演示步骤 1 2、打开电源开关，调节调速开关，将进水量开大或关小，观察旋涡的变化情况。 3 4 五、思考题 1、为什么进水量愈大，旋涡愈强烈? 2、在逐渐收缩段，有无旋涡产生? 3、绕流阻力是怎样产生的?研究绕流阻力的意义何在?
西南民族大学学生实验报告 课程名称：化工原理实验教师：实验室名称：BS-305 教学单位：化环学院专业：中药学班级：1101班 姓名：学号：实验日期：10.31 实验成绩：批阅教师：日期： 一.实验名称：实验一流体流动阻力的测定 二.实验目的： ① 握测定流体流动阻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验证湍流区内摩擦系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。⑤识别组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。 三.基本原理： 1.直管摩擦阻力系数λ测定 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为： 2 2 f p l u h d λ ρ ? ==?即， 2 2 lu p d ρ λ? = 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。 滞流（层流）时， 64 Re λ=湍流时，雷诺数 du Re ρ μ = A q u v = 2.局部阻力系数ξ的测定： 2 2 f u hξ =，即 2 2 u p ρ ξ ' ? = 四.实验装置与流程： 1、装置组成部分 本实验装置如图1；装置相关参数在化工原理实验指导书上p21的表2-1所示。由于管子的材质存在批次的差异，所以可能会产生管径的不同，所以表2-1中管内径只能做参考。
图1：流体阻力实验装置图 1—水箱；2—离心泵；3—压力表；4—孔板流量计；5—上水阀；6—高位水槽 7—曾流光流量调节阀；8—阀门管线开关阀；9—球阀；10—截止阀；11—光滑管开关阀 12—粗糙管开关阀；13—突然扩大管开关阀；14—流量调节阀 2、开车前准备 3、流体流动阻力实验步骤 ①启动离心泵，打开被测管线上的开关阀及面板上与其对应的切换阀，关闭其他开关阀和切换阀，确 保测压点一一对应。 ②系统要排净气体使液体连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净，检验的方法是当流量为零时， 观察U形压差计的两液面是否水平。 ③读取数据时，应注意稳定后再读数。测定直管摩擦阻力时，流量由大到小，充分利用面板量程测取 7组数据。本次实验层流管不做测定。 ④测完一根管数据后，应将流量调节阀关闭，观察压差计的两液面是否水平，水平时才能更换另一条 管路，否则全部数据无效。同时要了解各种阀门的特点，学会使用阀门，注意阀门的切换，同时要 关严，防止内漏。 4、停车操作 五、实验数据处理 1、原始数据记录表如下： 根据金属温度计读出来的温度，然后通过查表找出对应水的密度以及粘度并且填入下表： 数据记录与处理表 光滑管 水流量/ m3.h-1 1.0 1.2 1.5 1.7 2.0 2.5 3.0 水温/℃15.5 15.8 16.0 16.2 16.5 16.7 17.0 密度ρ（kg/m3 999.0 998.9 998.9 998.9 998.8 998.8 998.7 粘度 μ（3 10- ?Pa·s） 1.1258 1.1111 1.1111 1.1111 1.0970 1.0970 1.0828 管内径：20.0 mm 粗糙管 水流量/m3.h-1 1.0 1.2 1.5 1.7 2.0 2.5 3.0 水温/℃12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.2 14.8 密度ρ（kg/m3999.5 999.4 999.3 999.2 999.2 999.2 999.1 粘度μ（3 10- ? Pa·s） 1.2363 1.2195 1.2028 1.1869 1.1709 1.1700 1.1404 管内径：21.0 mm 局部阻力 水流量/ m3.h-1 1.0 1.2 1.5 1.7 2.0 2.5 3.0 水温/℃17.8 18 18.1 18.2 18.2 18.2 18.2 密度ρ（kg/m3998.6 粘度μ（ 3 10- ? Pa·s） 1.0559