第44卷增刊 原 子 能 科 学 技 术 V ol. 44, Suppl. 2010年9月 Atomic Energy Science and Technology Sep. 2010
收稿日期：2010-07-03；修回日期：2010-09-06 作者简介：罗菲丽（Ophélie Laurent ）（1988—），女，法国留学生，硕士研究生，核能科学与工程专业
管道流动阻力实验模拟技术研究
罗菲丽，薄涵亮
（清华大学 核能与新能源技术研究院，清华大学先进反应堆工程和安全教育部重点实验室，北京 100084）
摘要：针对热工水力学试验研究过程中经常遇到管道的形阻模拟摩阻问题，选择了恰当的形阻单元进行计算分析，获得了形阻单元的特性和局部参数对其特性的影响；利用κ-ε模型中的漩涡耗散ε项给于解释；给出了形阻单元串联模拟直管摩阻的方式，可趋近模拟直管摩阻特性，而使其长度缩短。为热工水力学试验研究过程中的实验模拟和数值模拟提供了有效的技术支持。 关键词：流动阻力；形阻模拟摩阻；实验技术
中图分类号：TL364 文献标志码：A 文章编号：1000-6931（2010）S0-0177-04
Technical Research on Experimental Simulation of Pipe Fluid Friction
LAURENT Ophélie ，BO Han-liang
（Institute of Nuclear and New Energy Technology , Key Laboratory of the Ministry of Education on Advanced
Unclear Reactor Engineering and Safety , Tsinghua University , Beijing 100084, China ）
Abstract: In some experiments about thermo-hydraulics, the problem using local resistance to simulate friction resistance is often meet. This paper choiced a special local resistance unit to calculate and analyse it’s performance for fluid resistance, got the characteristic and the parameters affection about the special local resistance unit; and explained the phenomenon by use of turbulence eddy dissipation epsilon of model κ-ε. It shows that the method uses special local resistance in series to simulate pipe fluid friction, to gain the same resistant characteristic closely, and to make the pipe shorter. So, the paper provides an efficient experimental technology support for thermo-hydraulics experiments.
Key words: fluid friction ；local resistance & friction resistance ；experimental technology
在进行热工水力学试验研究过程中通常遇到这样的问题，如系统管路超出所能提供的空间尺度，而管路的流动阻力特性对试验结果会产生影响，需要缩短的管程达到长管程同样的流动阻力特性，于是便使用流动局部阻力（形阻）节，或孔板或较小尺寸的管子进行替代。通常的处理方法是在稳定工况下计算阻力损失，选择标准或非标孔板或较小尺寸管子，使其阻力与所替代的管子阻力相等，即算问题
解决。
虽然形阻模拟摩阻方法通常进行了阻力计算，但是计算时的流速经常选取额定流速，即稳定工况，或一种假设的流动工况。当流速变化时，或工况变化时，或选定工况与实际不符时，就会产生偏差。这种偏差是方法所引起的，而非计算误差。
本文将对这一问题进行讨论，为热工水力学试验研究过程中的实验模拟和数值模拟提供
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了有效的技术支持。
1 摩阻和形阻
当流体流经直管段时，管壁处的流体粘性剪切力形成阻力损失，称摩阻。摩阻的大小取决于直管段特性、流体特性和流动状态。式（1）为计算摩阻的Darcy-Weisbach 公式[1]。
2
2f L V h f D g
??＝ （1） 其中：h f 为摩阻损失；f 为摩阻系数；L 和D 分别为直管段长度和通径；V 为流速。
式（1）中摩阻损失的与流速V 的平方成
比例，然而，摩阻系数f 却是雷诺数Re 和直管粗糙度ε的函数，如图1 Moody 图[1]所示。从图1可以看出，
不同的管壁粗糙度具有不同的摩阻系数与雷诺数之间的关系；摩阻系数随雷诺数的变化可以划分为两个区域。雷诺数较小的区域，摩阻系数是雷诺数的递减函数；雷诺数较大的区域，摩阻系数不随雷诺数变化，称自模化区。因雷诺数是流速的一次函数，所以，在雷诺数较小的区域内，摩阻损失将不再与流速的平方成比例，或在非自模化区，摩阻损失不是流速平方的函数；而在雷诺数较大区域内，或在自模化区，摩阻损失与流速平方成正比。
图1 Moody 图 Fig. 1 Moody chart
当流体流经管件时，如弯曲、孔板、阀门、突扩、突缩或弯头，紊流漩涡耗散形成阻力损失，称形阻。形阻的大小与管件的几何形状和流动状态有关。式（2）为形阻计算公式[1]。
2
l 2V h g ξ＝ （2） 其中：h l 为形阻损失；ξ为形阻系数。
式（2）中形阻系数ξ仅与管件的几何形状有关。当管件确定时，ξ为确定值，即常数，与流速无关。所以，形阻损失与流速的平方成正比。
因此，用形阻模拟摩阻，或替代摩阻时，由于形阻与摩阻所形成阻力损失的原理不同，
通常的计算方法仅适用于流动工况处于自模化区。对于非自模化区流动工况，其形阻模拟摩阻问题需要特殊处理，否则将构成偏差。
2 形阻单元
由于形阻与摩阻所形成阻力损失的原理不同，要完全实现其模拟几乎不可能。对于非自模化区流动工况，形阻模拟摩阻问题需要特殊处理，以最大限度的减少偏差。
由式（1）知，只有fL /D 不发生变化时，h f 才能够完全模拟。而f 为雷诺数Re 和直管粗糙度ε的函数，其中，Re ＝DV /v 。对于确定的管材和流体，粗糙度ε和运动粘度v 不发生变化，只有DV 为常数，就可以获得相同的雷诺数Re ，
增刊罗菲丽等：管道流动阻力实验模拟技术研究 179
即相同的摩阻系数f。所以，缩小管径D，增大流速V，可使DV为常数。这样，在fL/D不变的情况下，管径D缩小n倍，流速V增大n 倍，就可以使管长缩短n倍。然而，流速的增加受能量守恒的限制，也就使管径的缩小受到限制，即管长的缩短存在极限值。
当缩小管径不能够达到使用要求时，需增加形阻部分，即紊流漩涡耗散所形成阻力损失。由于其形成阻力损失的原理不同，使得摩阻h f不能够完全模拟，仅能够在满足使用要求的情况下尽可能趋近。事实上是解决使用要求与漩涡强度之间的矛盾问题。
鉴于上文所述，形阻模拟摩阻的形阻单元如图2所示[1-4]。其中，θ为渐缩和渐扩角度；
D n和L n分别为缩管通经和长度。θ的大小决定了形阻单元紊流漩涡耗散的强度，表征形阻偏差的份额；D n和L n的大小决定了形阻单元真实模拟的程度，表征摩阻模拟的份额。
图2 形阻单元
Fig. 2 Special local resistance unit
3 模拟结果
针对形阻单元和参考直管段，取25 ℃、0.1 MPa的水为工作的介质，管子的粗糙度为0.1 mm，运用CFX商用流体力学软件的计算结果[4]如下。
图3a所示为长度为8.8 m，通经为0.15 m 的直管段压力随管长的变化曲线，显然其为线性关系，与理论解相吻合。图3b所示为L n＝0.75 m，D n＝0.1 m，θ＝90°的形阻单元压力随管长变化曲线。从图3b可看出，渐缩段压力突降（紊流漩涡耗散大），缩管段压力损失与图3a直管段相似，渐扩段压力有一小回升（紊流漩涡耗散小）。所以，形阻单元能够部分模拟摩阻，使管长缩短。
图4a为L n＝0.75 m，D n＝0.12 m，θ＝90°的形阻单元压力随管长变化曲线，而图4b为L n＝0.25 m，D n＝0.1 m，θ＝90°的形阻单元压力随管长变化曲线。图4a和图4b与图3比较可知，形阻单元缩管通径的增大会使渐扩段的回升压力升高，同时使模拟摩阻的份额下降；形阻单元的缩管长度的减小会使模拟摩阻的份额下降，同时使渐扩段回升压力有所升高。图4c及图4d所示分别为L n＝0.75 m，D n＝0.12 m，θ＝40°和L n＝0.75 m，D n＝0.12 m，θ=20°的形阻单元压力随管长变化曲线。比较图4c、图4d 和图3发现，随形阻单元θ角度减小，渐扩段回升压力不断升高。这是因为θ角度减小，使紊流漩涡耗散不断减小的缘故。
图5所示为形阻单元应用的算例[4]。其选取参数为L n＝0.75 m，D n＝0.1 m，θ＝18°的5个形阻单元串联，其余为原直管段构成的长9.75 m 的模拟管段，来模拟温度25 ℃、压力0.1 MPa 的水流经通径0.15 m、长度23.6 m、粗糙度为0.1 mm的直管段。直管段摩阻为线性分布，与图3相似。比较图5a和图3a，发现图5a近似于线性分布，只是存在5个台阶；每个台阶的凹处为模拟摩阻，凸处为原摩阻，上下波动为紊流漩涡耗散，耗散分布示于图5b；形阻单元缩管段总长3.75 m，占模拟管长度的38%，模拟摩阻约占28%；模拟管中原管长6 m，占模拟管长度的62%，原摩阻约占27%；模拟管中紊流漩涡耗散约占45%；模拟管长度占直管段长度的41%，管长缩短了近60%。当然，这个算例并非是优化结果，其优化结果取决于具体工况，优化结果最大限度地使模拟摩阻提高，紊流漩涡耗散降低。
综上所述，运用形阻单元或其组合来模拟摩阻是可行的实验模拟技术；但其不能完全模拟非模化区的摩阻，只能趋近非模化区的摩阻；趋近摩阻的程度可以定量描述，其值取决于具体工况的要求；通过优化形阻单元或其组合的具体参数，可以最大限度地使模拟摩阻提高，紊流漩涡耗散降低，从而获得趋近摩阻的结果。
图3 直管段压力（a）及形阻单元压力（b）
随管长变化曲线
Fig. 3 Pressure profile for straight pipe (a) and
local resistance unit (b)
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第44卷
图4 形阻单元压力随管长变化曲线 Fig. 4 Pressure profile for local resistance unit
图5 形阻单元应用算例 Fig. 5 Application example
4 结论
自模化区的流动工况，形阻完全能够模拟
摩阻；非自模化区的流动工况，形阻模拟摩阻需要特殊处理，否则将构成偏差。
形阻单元或其组合模拟摩阻是可行的实验模拟技术；但其不能完全模拟非模化区的摩阻，只能趋近摩阻；趋近非模化区的摩阻的程度可以定量描述，其值取决于具体工况的要求；通过优化形阻单元或其组合的具体参数，可以最大限度地使模拟摩阻提高，紊流漩涡耗散降低，获得趋近摩阻的结果。
参考文献：
[1] KREITH F, BERGER S A. Fluid mechanics,
mechanical engineering handbook[M]. Ed Frank Kreith, Boca Raton: CRC Press LLC, 1999.
[2] JOHN J B. Practical fluid mechanics for
engineering applications[M]. [S.l.]: [s.n.], 2000. [3] CISOWSKA I, KOTOWSKI A. Studies of
hydraulic resistance in polypropylene pipes and pipe fittings[M]. [S.l.]: [s.n.], 2006.
[4] LAURENT Ophélie. 流体阻力实验模拟技术研究
[D]. 北京：清华大学核能与新能源技术研究院，2010.
管道流动阻力实验模拟技术研究
作者：罗菲丽， 薄涵亮， LAURENT Ophélie， BO Han-liang
作者单位：清华大学,核能与新能源技术研究院,清华大学先进反应堆工程和安全教育部重点实验室,北京,100084
刊名：
原子能科学技术
英文刊名：ATOMIC ENERGY SCIENCE AND TECHNOLOGY
年，卷(期)：2010,44(z1)
参考文献(4条)
1.KREITH F;BERGER S A;Frank Kreith Fluid mechanics,mechanical engineering handbook 1999
2.JOHN J B Practical fluid mechanics for engineering applications 2000
3.CISOWSKA I;KOTOWSKI A Studies of hydraulic resistance in polypropylene pipes and pipe fittings 2006
https://www.doczj.com/doc/8f8135005.html,URENT Ophélie流体阻力实验模拟技术研究 2010
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本文链接：https://www.doczj.com/doc/8f8135005.html,/Periodical_yznkxjs2010z1036.aspx
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。
管道系统严密性试验作业指导书JLA/MS(压力管道)-（ZY）ZD09-2010 编制：沈志德 审核：生振杰 批准：李永红 版本号：第一版 修改状态： 0 日期：2010年08月 2010年 8月15日发布 2010年8月15日实施中建六局工业设备安装有限公司 CHINA STATE CONSTUCTION ENGRG CORP 目录
管道系统严密性试验作业指导书 (3) 1 目的 (3) 2 适用范围 (3) 3 引用标准及编制依据 (3) 4 工作内容及操作流程 (3) 5 操作程序及技术要求 (4) 5.1 严密性试验前系统检查 (4) 5.2 严密性试验方法选定 (4) 5.3 严密性试验介质选定 (5) 5.4 严密性试验压力选定 (5) 5.5 严密性试验用临时设施安装 (5) 5.6 管道系统严密性试验 (6) 6 质量记录 (6) 7 注意事项 (6)
管道系统严密性试验作业指导书 1 目的 为工程项目管道系统严密性试验提供作业指导，以检查管道系统的各连接部位及母材的施工质量。 2 适用范围 本作业指导书适用于工业管道及公用工程管道安装系统严密性试验工序。本文可替代项目施工组织设计或施工方案中关于管道系统严密性试验章节内容。 3 引用标准及编制依据 《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-97 《石油化工有毒、可燃介质管道施工及验收规范》SH3501-2002 《压力管道安全技术监察规程—工业管道》 （特种设备安全技术规范TSG D0001-2009） 《压力管道规范—工业管道》（GB/T20801.1～5-2006） 《城镇供热管网工程施工及验收规范》（GF0277 CJJ28-2004） 《城镇直埋供热管道工程技术规程》（GF0306 CJJ81-1998） 4 工作内容及操作流程
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 ＇
. 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。
工艺管道系统试验 1 管道安装完毕，应按设计规定对管道进行强度及严密性试验、吹扫或清洗等试 验检查。 2 试验前应组织总承包商、建设单位单位、监理单位施工单位进行共检，检查内 容有： 2.1 管道系统施工完毕，符合设计及有关规范的要求； 2.2 支、吊架安装完毕，临时加固措施安全可靠； 2.3 焊接工作结束，并经检验合格； 2.4 焊缝及其它应检查的部位，未经涂漆和保温； 2.5 管线材质、规格、壁厚系列应符合图纸及设计要求； 2.6核对流程是否正确，一次部件是否完成； 2.7按配管图核对管线尺寸、阀门和部件尺寸，按管道平面图、管架图核对管架 位置、数量、型式、尺寸、质量应符合要求； 2.8根据施工记录核对射线探伤、表面探伤情况； 3试验范围的确定 3.1 为了提高工作效率，可将管道材料等级相同，试验压力相同的系统串接在一 起进行液压试验。试验前将不能参与试验的管道系统、设备、仪表及管道附件等加以隔离。无法隔离的设备须经设计同意后方可参与液压试验。 3.2试压范围确定后，应在试压流程图上作出标记，并把加盲板、装压力表以及 放空的位置标注在试压流程图上。 4试压的盲板 在一个系统中如果压力等级不一致时，应用盲板隔离，并挂牌作标记，分段进行试验，系统试验合格后，应及时拆除系统中的盲板。试压的盲板厚度见下表。
管道压力试验使用的盲板法兰的最小厚度（mm） 5压力试验 5.1液压试验使用的介质为洁净水。液压试验压力为设计压力的1.5倍进行。5.2液体压力试验时，至少安置两块经校验合格的压力表，精度不低于1.6级， 表的满刻度值为最大被测压力的1.5～2倍。一块压力表放在系统最高处，一块压力表放在泵出口，试验时以最高处压力表读数为准。 5.5试压时应分级缓慢升压，达到试验压力后停压10min，然后降至设计压力， 停压30min，以不降压、无泄漏、无渗漏、目测无变形为合格。 5.6气体试验介质为蒸汽、压缩空气。首先根据气体压力试验压力的大小，在 0.1～0.5MPa范围内进行预试验。气体压力试验时，应逐步缓慢增加压力。 当压力升至试验压力的50%时，稳压3min，未发现异常或泄漏，继续按试验压力的10%逐级升压，每级稳压3min，直到试验压力，稳压10min，再将压力降至设计压力，用中性发泡剂对系统进行仔细巡回检查，无泄漏为合格。 5.7试验过程中若有泄漏，不得带压修补。缺陷消除后应重新试验。 5.8管道系统试验合格后，应缓慢降压，顶部放空阀先打开，试验介质排放到指 定地点。 5.9管道系统试压完毕，应及时拆除临时盲板及临时试压管路。 6管道系统清洗、吹洗
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
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
实验三 单相流体阻力测定实验 一、实验目的 ⒈ 学习直管摩擦阻力△P f 、直管摩擦系数的测定方法。 ⒉ 掌握不同流量下摩擦系数 与雷诺数Re 之间关系及其变化规律。 ⒊ 学习压差传感器测量压差，流量计测量流量的方法。 ⒋ 掌握对数坐标系的使用方法。 二、实验内容 ⒈ 测定既定管路内流体流动的摩擦阻力和直管摩擦系数。 ⒉ 测定既定管路内流体流动的直管摩擦系数与雷诺数Re 之间关系曲线和关系式。 三、实验原理 流体在圆直管内流动时，由于流体的具有粘性和涡流的影响会产生摩擦阻力。流体在管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和摩擦系数有关，它们之间存在如下关系。 h f = ρf P ?=2 2 u d l λ （3-1） λ= 22u P l d f ?? ?ρ （3-2） Re = μ ρ ??u d （3-3） 式中：-d 管径，m ； -?f P 直管阻力引起的压强降，Pa ； -l 管长，m ； -u 管内平均流速，m / s ； -ρ流体的密度，kg / m 3 ； -μ流体的粘度，N ·s / m 2 。 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3-2可以计算出不同流速（流量V ）下的直管摩擦系数λ，用式3-3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。
四、实验流程及主要设备参数： 1.实验流程图:见图1 水泵8将储水槽9中的水抽出,送入实验系统,首先经玻璃转子流量计2测量流量,然后送入被测直管段5或6测量流体流动的光滑管或粗糙管的阻力,或经7测量局部阻力后回到储水槽, 水循环使用。被测直管段流体流动阻力△p可根据其数值大小分别采用变送器18或空气—水倒置∪型管10来测量。
管道系统试验 第一节液压试验 (1)保证项目 第7.1.1条奥氏体不锈钢管道及系统中有奥氏体不锈钢设备的管道，在进行水压试验时，水质应清洁，水中氯离子含量严禁超过25ppm。 检验方法：检查水质分析报告。 检查数量：应全部检查。 第7.1.2条管道液压强度的试验的实验压力与试验结果应符合设计要求和《工业管道工程施工及验收规范》的有关规定。 检验方法：检查管道系统试验记录。 检查数量：应全部检查。 第7.1.3条管道液压严密性试验压力与试验结果必须符合设计要求和《工业管道工程施工及验收规范》的有关规定。 检验方法：检查管道系统试验记录。 检查数量：应全部检查。 第7.1.4条埋地压力管道最终水压的试验压力和试验结果必须符合设计要求和《工业管道工程施工及验收规范》的有关规定。 检验方法：检查管道系统试验记录。 检查数量：应全部检查。 第二节气压试验 (1)保证项目 第7.2.1条管道气压强度的试验的实验压力与试验结果应符合设计要求和《工业管道工程施工及验收规范》的有关规定。 检验方法：检查管道系统试验记录。 检查数量：应全部检查。 第7.2.2条管道气压严密性试验的实验压力与试验结果应符合设计要求和《工业管道工程施工及验收规范》的有关规定。 检验方法：检查管道系统试验记录。 检查数量：应全部检查。 第三节其它试验 (1)保证项目 第7.3.1条真空系统的真空度试验，在试验压力为设计压力，经过连续24h 的试验后,增压率严禁超过5% 。 检验方法：检查管道系统试验记录。 检查数量：应全部检查。
第7.3.2条设计压力小于10MPa时的剧毒及甲、乙类火灾危险介质管道的泄露量试验结果必须符合设计要求和《工业管道工程施工及验收规范》的有关规定。检验方法：检查管道系统试验记录。 检查数量：应全部检查。 第7.3.3条需要做灵敏泄露试验的管道,其试验结果应无泄露。 检验方法：检查试验记录。 检查数量：应全部检查。
表H-128 Tab 管道系统压力试验记录项目：桐柏博源新型化工150kt/a 小苏打项目 装置：小苏打 工号：碳化 管线号材质 设计参数强度试验严密性试验 压力 （MPa） 介质 压力 （MPa） 介质鉴定 压力 （MPa） 介质鉴定 PG0101 304 1.0 CO2 1.5 水 1.0 CO2 PG0102 304 1.0 CO2 1.5水 1.0 CO2 PG0103 304 1.0 CO2 1.5水 1.0 CO2 建设单位： 年月日监理工程师： 年月日 施工单位： 施工人员： 质量检查员： 年月日
表H-128 Tab 管道系统压力试验记录项目：桐柏博源新型化工150kt/a 小苏打项目 装置：小苏打 工号：碳化 管线号材质 设计参数强度试验严密性试验 压力 （MPa） 介质 压力 （MPa） 介质鉴定 压力 （MPa） 介质鉴定 CWS0101 20 1.0 水 1.5 水 1.0 水CWS0102 20 1.0 水 1.5水 1.0 水CWS0103 20 1.0 水 1.5水 1.0 水CWR0101 20 1.0 水 1.5水 1.0 水CWR0102 20 1.0 水 1.5水 1.0 水CWR0103 20 1.0 水 1.5水 1.0 水CWR0104 20 1.0 水 1.5水 1.0 水CWR0105 20 1.0 水 1.5水 1.0 水CWR0106 20 1.0 水 1.5水 1.0 水CWR0107 20 1.0 水 1.5水 1.0 水
建设单位： 年月日监理工程师： 年月日 施工单位： 施工人员： 质量检查员： 年月日 表H-128 Tab 管道系统压力试验记录项目：桐柏博源新型化工150kt/a 小苏打项目 装置：小苏打 工号：碳化 管线号材质 设计参数强度试验严密性试验 压力 （MPa） 介质 压力 （MPa） 介质鉴定 压力 （MPa） 介质鉴定 PL0101 304 1.0 母液 1.5 水 1.0 母液PL0102 304 1.0 母液 1.5水 1.0 母液PL0103 304 1.0 母液 1.5水 1.0 母液PL0104 304 1.0 母液 1.5水 1.0 母液PL0105 304 1.0 母液 1.5水 1.0 母液PL0106 304 1.0 母液 1.5水 1.0 母液PL0107 304 1.0 母液 1.5水 1.0 母液PL0108 304 1.0 母液 1.5水 1.0 母液PL0109 304 1.0 母液 1.5水 1.0 母液PL0110 304 1.0 母液 1.5水 1.0 母液PL0111 304 1.0 母液 1.5水 1.0 母液PL0112 304 1.0 母液 1.5水 1.0 母液
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 ）
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
流体阻力测定实验实验指导书 环境与市政工程学院 2015年11月
一、实验目的： 1.学习直管摩擦阻力f P ?,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 和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。 3.掌握局部摩擦阻力f P ?,局部阻力系数ζ的测定方法。 4.学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的一些技巧。 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 和相对粗糙度之间的关系曲线。 3.测定管路部件局部摩擦阻力f P ?和局部阻力系数ζ。 三、实验原理: 1.直管摩擦系数λ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： ρρf f P P P h ?=-=21 （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 2u d l h f P f λρ==? （2） 整理（1）（2）两式得 2 2u P l d f ???=ρλ （3） μρ ??=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△P f 与流速u （流量V ）之间的关系。 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 ，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 f f ζρ=?=' 2'2u P f ?????? ??=ρζ 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 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，在上、下游各开两对测压口a-a'和b-b ＇如图-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 ＇之间列柏努利方程式 P a －P a ＇ =2△P f ，a b +2△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f (5) 在b ～b ＇之间列柏努利方程式： P b －P b ＇ = △P f ，bc +△P f ，b ＇c ＇+△P ＇f = △P f ，a b +△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f （6） 联立式(5)和(6)，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。其数值用差压 传感器来测量。 四、实验装置的基本情况: 1.实验装置流程示意图:
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
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