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
2．实验数据处理见表1-7-2
表1-7-2 沿程阻力实验数据处理表
3、以其中一组数据写出计算实例（包含公式、数据及结果）。 （1）汞柱差：12'''92.527.864.7h h h cm ∆=-=-=
沿程水头损失：()'
(13.61)64.7
815.221
Hg w f
w
h h cm ρρ∆ρ--⨯=
=
=
（2）运动粘度系数： -3
6221.1900410 1.190810/0.011908/999.348
m s cm s μνρ-⨯===⨯=
（3）流量：3()400(41.811.6)373.5312/32.34
u d A h h Q cm s t -⨯-===
（4）管内平均流速：22
4373.53124
190.51/1.58Q v cm s D ππ⨯=
==⨯
（5）雷诺数：
22
4
190.5110 1.5810
Re25277.61
0.01190810
vD
ν
--
-
⨯⨯⨯
===
⨯
（6）沿程阻力系数：
2
22
1.58108.1522
229.80.139114
5 1.9051
f
h
D
g
L v
λ
-
⨯
==⨯⨯⨯=
4．在双对数坐标纸上绘制λ-Re的关系曲线。
五、实验步骤正确排序
（5）．逐次关小V11，记录18组不同的压差及流量；
（2）．打开阀门V10排气，排气完毕将阀门关闭；
（7）．实验完毕后，依次关闭V11、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。
（1）．．阀门V1完全打开。一般情况下V1是开着的，检查是否开到最大即可；（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（压差5~7 cm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）；
（6）用量筒从实验管路中接足量的水，放入温度计5分钟后读出水的温度，查粘温表；
（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水平。若不在，须排气（为防止汞发生外泄，排气时应在老师的指导下进行）；
六、注意事项
1．本实验要求从大流量（注意一定要把阀门V11完全打开）开始做，逐渐调小流量，且在实验的过程中阀门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 ？
是。
利用实际流体的伯努利方程22
1122
1222f p v p v z z h g g γγ⎛⎫⎛⎫++=+++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
，管路等径
等流量，根据连续性方程，所以流速相等，即12v v =，所以测压管水头差
1212f p p h z z γγ⎛
⎫⎛⎫=+-+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭。比压计读数为测压管水头，其中包含位置水头差，所
以当管路倾斜时，比压计中的读数差仍然是沿程水头损失f h 。
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？
随使用年限的增加，管壁的粗糙度变大。当管壁粗糙度小于层流边层厚度
时，粗糙度对层流核心区没有影响；当粗糙度大于层流边层厚度时，粗糙度暴露于湍流核心区，导致流体产生碰撞冲击，形成旋涡，阻力变大，使λ随Re 相关性变小，曲线变得逐渐平缓，并且向上抬高。
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？
由沿程阻力计算公式2222
22
2348=22f L v L Q LQ h D g D D g D g λλλππ==可以看出，随着管径变小，沿程阻力变大。并且h f 与D 3成反比，具体对应关系如上式。
