流体流动阻力的测定实验报告

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实验一流体流动阻力的测定

摘要：通过实验测定流体在光滑管、粗糙管、层流管中流动时，借助于伯努利方程计

算摩擦阻力系数和雷诺数之间的关系，并与理论值相比较。同时以实验手段计算突然扩大

处的局部阻力，并对以上数据加以分析，得出结论。

一、目的及任务

1.掌握测定流体流动阻力的实验的一般实验方法。

2.测定直管的摩擦阻力系数及突然扩大管和阀门的局部阻力系数。

3.测定层流管的摩擦阻力。

4.验证湍流区内摩擦阻力系数与雷诺数Re和相对粗糙度的函数。

5.将所得的光滑管的-Re方程与Blasius方程相比较。

二、基本原理

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，由于黏性和涡流的作用产生摩擦阻

力；流体在突然扩大、弯头等管件时，由于流体运动速度和方向的突然变化，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，流体流经处几何尺寸以及流动状态有光，可表示为

p=f（d，l，u，，，）

引入下列无量纲数群

雷诺数Re=du相对粗糙度d管子的长径比dl从而得到

),,du(p

2dl

du





令=（Re，d）

2)(Re,2u

ddlp

可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系，这种关系可用实验方法直接测定。

22u

dlphf

式中fh——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；

——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和摩擦阻

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-Re关系。

⑴湍流区的摩擦阻力系数

在湍流区内=f（Re，d）。对于光滑管，大量实验证明，当Re在3310~510范围内，

与Re的关系遵循Blasius关系式，即

=0.3163/R25.0e

对于粗糙管，与Re的关系均以图来表示。⑵层流的摩擦阻力系数

e64

R

2.局部阻力

2h2u

f

式中，为局部阻力系数，其与流体流过的几何形状及流体的Re有关，当Re大到一定

值后，与Re无关，成为定值。

三、装置与流程

本实验管道水平安装，实验用水循环使用。其中，1管为层流管，管内径2.9mm，两测

压点之间距离为1m；2管为内径21.5mm的不锈钢管，两测压点之间距离为1.50m；3管为

内径22.5mm的镀锌钢管，直管阻力两测压点之间距离为1.50mm；4管为突然扩大管，管

子由内径16.0mm（l=140mm）扩大到内径为42.0mm（l=280mm）；测压计统一使用电子测

压计；一组切换阀；总管安装流量计。

四、操作要点

1.启动离心泵，打开被测管线上的开关阀及面板上与其相应的切换阀，关闭其他的开关阀和切换阀，保证测压点一一对应。2.系统要排净气体使流体连续流动。设备和测压线中的气体都要排尽，检验是否排尽的

方法是当流量为0时，观察流量计是否为零。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

面板量程测量10组数据，然后再由小到大测取几组数据以检查数据的重复性。测定突然扩

大管时，测取3组数据。层流管的流量用秒表与量筒测取。4.测完一根管的数据后，应将流量调节阀关闭，观察流量计是否为零，是才能更换另一

条管路，否则数据全部失效。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。五、实验数据及处理不锈钢管（d=21.5mm，l=1.50m）,ρ=998.4,μ=1.050

序号qv(m3/h)T（oC）Δp（KPa）u（m/s）Re计算λ理论λ偏差

10.719.50.30.5410954.760.0300.031-3.0%

2119.50.60.7715649.650.0290.0284.0%

31.319.50.981.0020344.550.0280.0267.3%

41.619.51.391.2225039.440.0270.0255.8%

51.9119.51.921.4629890.830.0260.0247.2%

62.2219.52.531.7034742.230.0250.0238.6%

72.519.53.111.9139124.130.0240.0228.4%

82.8219.53.92.1644132.020.0240.02210.1%

93.119.54.62.3748513.920.0230.02110.0%

103.3919.55.422.6053052.320.0230.02110.9%

113.719.56.332.8357903.710.0230.02011.1%

123.9819.57.253.0562285.610.0220.02012.0%

134.319.58.283.2967293.500.0220.02011.7%以第一组为例。

在整个过程中，取温度平均值T=19.5oC并视为不变，由此查表用内插法求得ρ

=998.4Kg/m3，μ=1.050cP。u=241q

=20215.041360070.0

=0.54m/sRe=ud=310050.10215.054.04.998

=10954.76根据伯努利方程：2p2u

dl求得030.054.02

5.10215.0

4.9981000300.02

22uldp



根据Blasius关系式：=0.3163/R25.0e=0.3163/25.0)76.10954(=0.031

偏差=%100-

理论理论计算%0.3%100020.0031.0030.0

分析结论：由图可以看出，光滑管中λ随雷诺数的增大而减小。实验测定值和理

论值偏差不是很大。镀锌钢管（d=22.5mm，l=1.50m）,ρ=998.2，μ=1.014

序号qv(m3/h)T（oC）Δp（KPa）u（m/s）Reλ

10.720.50.310.4910837.350.039

21.0220.50.620.7115791.560.037

31.2920.50.980.9019971.680.036

41.620.51.471.1224771.080.035

51.9520.52.181.3630189.750.035

62.2220.52.81.5534369.870.035

72.4920.53.51.7438549.990.035

82.820.54.41.9643349.390.035

93.1120.55.462.1748148.780.035

103.420.56.512.3852638.540.035

113.720.57.72.5957283.120.035

123.9920.58.972.7961772.880.035

134.320.510.393.0166572.270.035

以第一组为例。

在整个过程中，取温度平均值T=20.5oC并视为不变，由此查表用内插法求得ρ=998.2Kg/m3，μ=1.014cP。u=241q

=20225.041360070.0

=0.49m/sRe=ud=310014.10225.049.02.998

=10837.35根据伯努利方程：2p2u

dl求得039.049.02

5.10225.0

2.998100031.02

22uldp



分析结论：由图可以看出，无论光滑管还是粗糙管，其摩擦阻力系数都随雷诺数

的增大而减小。并且，同一雷诺数时，相对粗糙度越小（即管越光滑）所对应的

摩擦阻力系数也越小。层流管

l/md/m1.000.0029

序号水质量

/g时间

/s管路压

降/kPa水温度

/℃水密度

/kg•m-3水粘

度103

/Pa•s水流

量

/l•h-1水流

速

/m•s-1雷诺

数

Re摩擦阻

力系数

λλ理论值

196.0110.300.4919.1998.31.0283.140.133720.1630.17210

2135.090.200.7419.1998.31.0285.400.236400.0830.10008

3100.057.501.0519.1998.31.0286.270.267430.0880.08613

4100.039.701.5519.1998.31.0289.080.3810760.0620.059465200.064.901.9419.1998.31.02811.110.4713170.0520.048606200.058.602.1819.1998.31.02812.310.5214580.0470.04389

7200.054.002.4119.1998.31.02813.360.5615830.0440.04044

8200.050.602.5819.1998.31.02814.250.6016890.0420.03790

9118.030.23.1819.1998.31.02814.090.5916700.0530.03833

以第一组为例。

在整个过程中，取温度平均值T=19.1oC并视为不变，由此查表用内插法求得ρ

=998.0Kg/m3，μ=0.987cP。

76107.830.1101096tVqvm3/s

u=241q

=27-

0029.041107.8



=0.13m/s

Re=ud=310987.00029.013.00.998

=372

163.037264

e64R

分析结论：由图可以看出，层流管所对应的雷诺数偏小，都低于2000。摩

擦阻力系数与雷诺数的对数呈线性递减的关系。

突然扩大管（d1=16.0mm，l1=140mm；d2=42.0mm，l2=280mm），ρ=997.8

序号qv(m3/h)u1（m/s）u2（m/s）T（oC）Δp（KPa）ξ

10.731.010.1520.40.170.64

实验二流体流动阻力测定实验

实验三流体流动阻力测定实验

一.实验目的

（1）辨别组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

（2）测定流体在圆形直管内流动时摩擦系数λ与雷诺数Re的关系。

（3）测定流体流经闸阀时的局部阻力系数。

二．基本原理

直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即)/(Re,df，对一定的相对粗糙度而言，(Re)f。

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：

ffPPPh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）

22udlhfPf （2）

整理（1）（2）两式得

22uPldf （3）

udRe （4）

式中：d管径，m ；

fP直管阻力引起的压强降，Pa；

l管长，m；

u流速，m / s；

流体的密度，kg / m3；

流体的粘度，N·s / m2。

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△Pf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，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。

三．实验装置与参数 1、实验装置

实验流程示意图见图1。实验装置由贮水槽、离心泵、变频器、电动调节阀、涡轮流量计、压力表、差压变送器、不同材质的水管、倒U型压差计（图中未画出）等组成。装置上有三段并联的水平直管，自上而下分别用于测定局部阻力、光滑管直管阻力和粗糙管直管阻力。测定局部阻力时使用不锈钢管，中间装有待测管件（闸阀）；测定光滑管直管阻力时，同样使用内壁光滑的不锈钢管，而测定粗糙管直管阻力时，采用管道内壁较粗糙的镀锌管。

实验一流体流动阻力的测定

化学实验教学中心

实验报告

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 化学测量与计算实验Ⅱ 1

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。 2

流体流动阻力测定实验报告

嘉应学院化学实验教学中心实验报告

学生姓名专业班级学号

课程名称化工原理实验实验指导老师实验时间

实验题目：流体流动阻力测定实验

一、数据记录

1、实验原始数据记录如下表：

离心泵型号：MS60/0.55，额定流量：60L/min, 额定扬程：19.5mN，额定功率：0.55kw

流体温度t=21.3℃

直管基本参数管内径（mm）测量段长度（cm）

局部阻力 20 95

光滑管 20 100

粗糙管 21 100

序号流量m3/h 光滑管高度差（cm）粗糙管高度差（cm）局部阻力高度差（cm）

1 3.2 34.5 47.3 11

2 3 30.9 41.1 10.2

3 2.8 27.1 36.8 8.7

4 2.6 23.3 31.6 7.7

5 2.4 20.8 27 5.6

6 2.2 17 23.2 5.6

7 2 14.8 18.5 4.5

8 1.8 12.3 15.6 2.6

9 1.6 9.9 12.4 2.6

10 1.4 7.8 9.6 2.1

2、根据公式ΔPf=ρgR (注：本实验采用倒U型压差计)计算出各管道的压差如下表

序号流量m3/h 光滑管压差（KPa）粗糙管压差（KPa）局部阻力压差（KPa）

1 3.2 3.378 4.632 1.077

2 3 3.026 4.025 0.999

3 2.8 2.654 3.604 0.852

4 2.6 2.282 3.094 0.754

5 2.4 2.037 2.644 0.548 （续表）

3、由t=21.3℃查得水的密度ρ=998.2kg/m3 ,水的黏度μ=9.81*10^-6，根据公式水的流速2900dVu（m/s），雷诺数duRe，流体阻力1000PHf，阻力系数22LudHf，ξ=gu2f'Δ2，并以标准单位换算得