流体在直管内的流动阻力

流动阻力的计算流体在管道中流动，其流动阻力包括有：（1）（ 1）直管阻力：流体流经直管段时，由于战胜流体的粘滞性及与管内壁间的磨擦所产生的阻力。

它存在于沿流动方向的整个长度上，故也称沿程直管流动阻力。

记为 h fz。

（2）（ 2）局部阻力：流体流经异形管或管件（如阀门、弯头、三通等）时，由于流动发生突然变化引起涡流所产生的能量损失。

它仅存在流体流动的某一局部范围办。

记为 h fJ。

因此，柏努利方程中h f项应为：h f h fz h fJ说明：流动阻力可用不相同的方法表示，h f——1kg质量流体流动时所损失的机械能，单位为J/kg;h fm;—— 1N 重量流体流动时所损失的机械能，单位为gh f——1m3体积流体流动时所损失的机械能，单位为Pa 或N / m2。

1. 1. 直管段阻力（h fz）的计算流体流经直管段时，流动阻力可依下述公式计算：h fzl u2d [J/kg]2或h fz l u2g [m]d 2gl u2[pa]h fz2d式中，——磨擦阻力系数；l——直管的长度（ m）； d——直管内直径（m）；——流体密度 (kg / m3 ) ；u——流体在直管段内的流速（m/s）2．局部阻力 (h fJ)的计算局部阻力的计算可采用阻力系数法或当量长度法进行。

1）1）阻力系数法：将液体战胜局部阻力所产生的能量损失折合为表示其动能 若干倍的方法。

其计算表达式可写出为：le u 2 （ a ）h fJ[J/kg]d2或h fJ le u 2 (b)gd [m]2g[pa]le u 2 (ch fJ[pa] d 2其中， 称为局部阻力系数，平时由实验测定。

下面列举几种常用的局部阻力 系数的求法。

* 突然扩大与突然减小管路由于直径改变而突然扩大或减小，所产生的能量损失按（b ）或 (c)式计算。

式中的流速 u 均以小管的流速为准， 局部阻力系数可依照小管与大管的截面积之比从管件与阀门当量长度共线图 曲线上查得。

流体流动阻力的测定实验报告一、实验目的1、掌握测定流体流经直管和管件时阻力损失的实验方法。

2、了解摩擦系数λ与雷诺数 Re 之间的关系。

3、学习压强差的测量方法，掌握 U 形管压差计和倒 U 形管压差计的使用。

4、熟悉实验装置的结构和操作流程。

二、实验原理流体在管内流动时，由于内摩擦力的存在会产生阻力损失。

阻力损失包括沿程阻力损失和局部阻力损失。

沿程阻力损失是由于流体在直管中流动时，流体层之间的内摩擦力以及流体与管壁之间的摩擦力所引起的能量损失。

其计算公式为：＄h_f ＝＼lambda ＼frac{l}｛d} ＼frac{u^2}｛2}＄，其中$h_f$为沿程阻力损失，＄＼lambda$为摩擦系数，＄l$为直管长度，＄d$为管道内径，＄u$为流体流速。

摩擦系数$＼lambda$与雷诺数 Re 有关，雷诺数$Re ＝＼frac{du\rho}｛＼mu}＄，其中$＼rho$为流体密度，＄＼mu$为流体粘度。

在层流区，＄＼lambda ＝＼frac{64}｛Re}＄；在湍流区，＄＼lambda$与 Re 及相对粗糙度$＼frac{＼varepsilon}｛d}＄有关，可通过实验测定。

局部阻力损失是由于流体流经管件（如弯头、三通、阀门等）时，由于流道的突然改变而引起的能量损失。

其计算公式为：＄h_j ＝＼xi ＼frac{u^2}｛2}＄，其中$h_j$为局部阻力损失，＄＼xi$为局部阻力系数。

三、实验装置本实验装置主要由水箱、离心泵、不同管径的直管、各种管件（弯头、阀门等）、U 形管压差计、倒 U 形管压差计、温度计、流量计等组成。

水箱用于储存实验流体，离心泵提供流体流动的动力。

直管和管件用于产生沿程阻力和局部阻力。

U 形管压差计和倒 U 形管压差计用于测量流体流经直管和管件前后的压强差。

温度计用于测量流体温度，流量计用于测量流体流量。

四、实验步骤1、熟悉实验装置，了解各设备的名称、用途和操作方法。

2、检查装置各连接处是否密封良好，确保无泄漏。

流体管道阻力计算公式管道阻力计算公式：R=(λ/D)*(ν^2*γ/2g)。

ν-流速(m/s)；λ-阻力系数；γ-密度(kg/m3)；D-管道直径(m)；P-压力(kgf/m2)；R-沿程摩擦阻力(kgf/m2)；L-管道长度(m)；g-重力加速度=9.8。

压力可以换算成Pa，方法如下：1帕=1/9.81(kgf/m2)。

管路内的流体阻力流体在管路中流动时的阻力可分为摩擦阻力和局部阻力两种。

摩擦阻力是流体流经一定管径的直管时，由于流体的内摩擦产生的阻力，又称为沿程阻力，以hf 表示。

局部阻力主要是由于流体流经管路中的管件、阀门以及管道截面的突然扩大或缩小等局部部位所引起的阻力，又称形体阻力，以hj表示。

流体在管道内流动时的总阻力为Σh=hf+hj。

拓展资料：流体阻力的类型如下：由于空气的粘性作用，物体表面会产生与物面相切的摩擦力，全部摩擦力的合力称为摩擦阻力。

与物面相垂直的气流压力合成的阻力称压差阻力。

在不考虑粘性和没有尾涡（见举力线理论）的条件下，亚声速流动中物体的压差阻力为零（见达朗伯佯谬）。

在实际流体中，粘性作用下不仅会产生摩擦阻力，而且会使物面压强分布与理想流体中的分布有别，并产生压差阻力。

对于具有良好流线形的物体，在未发生边界层分离的情形（见边界层），粘性引起的压差阻力比摩擦阻力小得多。

对于非流线形物体，边界层分离会造成很大的压差阻力，成为总阻力中的主要部分。

当机翼或其他物体产生举力时，在物体后面形成沿流动方向的尾涡，与这种尾涡有关的阻力称为诱导阻力，其数值大致与举力的平方成正比。

在跨声速（见跨声速流动）或超声速（见超声速流动）气流中会有激波产生，经过激波有机械能的损失，由此引起的阻力称为波阻，这是另一种形式的阻力。

作加速运动的物体会带动周围流体一起加速，产生一部分附加的阻力，通常用某个假想的附连质量与物体加速度的乘积表示。

船舶在水面上航行时会产生水波，与此有关的阻力称为兴波阻力。

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和直管摩擦系数的测定方法。

2、掌握不同流量下摩擦系数与雷诺数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 = ρfP ∆=22u 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dε⋅的影响，即λ= )(Re,df 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=22u P l d f∆⋅⋅ρ （4-2） 雷诺数 Re =μρ⋅⋅u d （4-3）式中-μ流体的黏度，Pa*s和流体在管内的流速u，查出流体的物理性质，即可分别计测量直管两端的压力差p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。

图4-2 流体流动阻力测定实验装置流程图⑴—大流量调节阀；⑵—大流量转子流量计；⑶—光滑管调节阀；⑷—粗糙管调节阀；⑸—光滑管；⑹—粗糙管；⑺—局部阻力阀；⑻—离心泵；⑼—排水阀；⑽倒U管⑾⑾’—近端测压点；⑿⑿’—远端测压点；⒀⒀’—切断阀；⒁⒁’—放空阀；⒂⒂’—光滑管压差；⒃⒃’—粗糙管压差；⒄—数字电压表；⒅—压差变送器四、实验步骤1、检查储水槽内的水位是否符合要求，检查离心泵的所有出口阀门以及真空表、压力表的阀门是否关闭。

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。

知识点1-4 流体在直管内的流动阻力目的是解决流体在管截面上的速度分布及柏努利方程式中流动阻力Σh f的计算问题。

2．本知识点的重点（1）流体在管路中的流动阻力的计算问题。

管路阻力又包括包括直管阻力h f和局部阻力h f’本质不同的两大类。

前者主要是表面摩擦，后者以形体阻力为主。

同时，解决了管截面上的速度分布问题。

（2）流体在直管中的流动阻力因流型不同而采用不同的工程处理方法。

对于层流，通过过程本征方程（牛顿粘性定律）可用解析方法求解管截面上的速度分布及流动阻力；而对于湍流，需借助因次分析方法来规划试验，采用实验研究方法。

因次分析的基础是因次一致的原则和∏定理。

局部阻力也只能依靠实验方法测定有关参数（z或l e）。

（3）建立“当量”的概念（包括当量直径和当量长度）。

“当量”要具有和原物量在某方面的等效性，并依赖于经验。

3．本知识点的难点本知识点无难点，但对于因次分析方法的理解和应用尚需通过实践来加深。

4．应完成的习题1-12.在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计，以测量两截面之间的压强差。

当水的流量为10800kg/h时，U管压差计读数R为100mm。

粗、细管的直径分别为60×3.5mm与φ42×3mm。

计算：（1）1kg水流经两截面间的能量损失；（2）与该能量损失相当的压强降为若干Pa？[答：（1）4.41J/kg；（2）4.41×103Pa]1-13.密度为850kg/m3、粘度为8×10-3Pa·s的液体在内径为14mm的钢管内流动，溶液的流速为1m/s。

试计算：（1）雷诺准数，并指出属于何种流型；（2）局部速度等于平均速度处与管轴的距离；（3）该管路为水平管，若上游压强为147×103Pa，液体流经多长的管子其压强才下降到127.5×103Pa？[答：（1）1.49×103；（2）4.95mm；（3）14.93m]1-14.每小时将2×104kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽（见本题附图）。

流体流动阻力测定一、实验原理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。

（1-1）（1-2）（1-3）式中：d——管径，m;——直管阻力引起的压强降，Pa；△Pfu——流速， m/s；ρ——流体的密度，kg/m3；μ——流体的粘度，N·s/m2。

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、与粘度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△Pf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。

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△、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Pf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。

对于局部阻力，则有ξ称为局部阻力系数，它与流体流过的管件的几何形状以及流体的Re有关，当Re大到一定程度以后，ξ与Re数无关，成为定值。

或者可以近似的认为局部阻力的损失可以相当于某个长度的直管引起的损失：为管件的当量长度，由实验测得。

式中le注意事项：（1）倒U型管在使用前必须进行排气。

首先，关紧A，打开B，C，D，E 排气；接着关紧B，C，D，E，打开A，缓缓打开D，E，使管内形成气水柱，液柱约为管高度的一半。

最后依次关紧A，D，E，再双手同时缓缓打开B，C。

如果倒U型管高度差不为零，表明导压管内仍有气泡，重复上述操作，直到高度差为零。

直管摩擦阻力系数
直管摩擦阻力系数，又称为直管流动阻力系数，是指水流、气流等流体在直管内流动时所产生的摩擦阻力，是衡量流体绝对流速受到摩擦阻力影响的量。

用η表示，η = f (ρm, νm, d)，其中ρm为流体的流动密度，νm为流量度，d为管道直径，f为一函数，它受管道参数的影响，η的数值是由给定的ρm, νm和管道参数而定的。

直管摩擦阻力系数是生物过程中发生变化中最重要的参数之一，它可以用来估算河流的流速、水位及管道的阻力等参数。

在水工学设计中，它也是使用较多的参数。

根据国内外实验和理论分析研究，可以得出以下结论：
1、直管摩擦阻力系数随着流速的增加而增大，且随着流量的增加而减小。

因此，在相同的流量下，流速越快，摩擦阻力越大；
2、直管摩擦阻力系数随着管径的增大而减小。

当管径超过一定尺寸时，该系数可以被认为是恒定的；
3、随着流体运动物性的改变，直管摩擦阻力系数也会发生变化，流体的温度越高，则抗摩擦能力越强，因此，摩擦系数也随着温度的升高而减小；
4、温度的增加可以减小粘度，从而使摩擦系数变小，在温度较高的情况下，摩擦系数会增大；
5、气泡的存在会减小摩擦系数，在有气泡存在的情况下，摩擦系数会减小；
6、随着流体粘度的增加，摩擦系数也会随之变大；
7、摩擦系数受桨板和沿管壁附着物的影响，如果有污染物或固体悬浮物附着在沿管壁上，摩擦系数会增大。

以上就是关于直管摩擦阻力系数的一些简介，其实它是一个相对复杂，受诸多因素影响的学科。

它不仅与流体流量有关，也与流体密
度、流体粘度、管径等有关，同时还受到温度、气泡、污染物和沿管
壁悬浮附着物影响等等，因此，要准确得出真实的直管摩擦阻力系数，实验加以分析就显得尤为重要。