管路沿程阻力计算

实验一 管路沿程阻力测定一． 实验目的1. 掌握流体流经管道时沿程阻力损失的测定方法。

2. 测定流体流经直管时的摩擦阻力，确定摩擦系数λ与Re 的关系3. 测定流体流经管件时的局部阻力，并求出阻力系数ξ。

4. 学会压差计和流量计的使用。

二． 实验原理 1. 沿程阻力流体在水平均匀管道中稳定流动时，由截面1到截面2，阻阻力损失表现为压强降低：pp p h f 21-=湍流十分复杂需通过实验研究。

影响阻力损失因素：密度ρ，粘度μ，管径d ，管长l ，管壁粗糙度ε，流速u 。

变量关系式：△P=f （d ，l ，μ，ρ，u ，ε） 引入λ=φ（dR e ε,）则变为：22ud l ph f λρ=∆=上式中：λ称直管摩擦系数，滞流时，λ=64/e R ;湍流时：λ与e R 关系受管壁粗糙度影响。

由伯努利方程知沿程阻力损失由R 算出：ΔP=R （ρ指-ρ水）g2. 局部阻力当量长度法：2.2u d l l h e f ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=∑∑λ l 是管路长度，∑e l 是当量长度之和。

阻力系数法：2.2uh p ξ=ξ-局部阻力系数，无因次， u-在小截面管中流体的平均速度（m/s ）p h 可由伯努利方程由读数R 求出，流速u 的计算：u=24/dV s π（m/s ）三． 实验装置与流程1. 本实验装置及设备主要参数：被测元件：镀锌水管，管长20m ，管径（公称直径）0.0021m ，闸阀D=3/4 1) 测量仪表：U 形压差计（水银指示液）；LW-15型涡轮流量计 2) 循环水泵。

3) 循环水箱。

4) DZ15-40型自动开关。

5)数显温度表2.流程四．实验操作步骤及注意事项1.打开压差计上平衡阀，关闭各放气阀。

2.启动循环水泵。

3.排气：（1）管路排气（2）测压管排气（3）关闭平衡阀，缓慢旋转压差计上放气阀排除压差计中的气泡，排气完毕，4.读取压差计零位读数。

5.开启调节阀至最大，确定流量范围，确定试验点，测量直管部分阻力和局部阻力。

管路沿程阻力计算1.摩擦阻力：在流体流动中，由于流体与管道壁之间的摩擦力，使得流体流动速度逐渐减小，产生摩擦阻力。

根据代表性的达西-魏泽巴赫公式，可以计算流体在管道中的摩擦阻力。

ΔP=λ(L/D)(ρV^2/2)其中，ΔP为单位管长上的摩擦阻力损失，λ为摩擦系数，L为管道长度，D为管道直径，ρ为流体密度，V为流速。

2.沿程局部阻力：在管道流动中，由于管道内部存在一些特殊设计或结构，导致流体流动时发生局部阻力。

根据达西-魏泽巴赫公式，可以计算管道局部阻力。

ΔP=K(ρV^2/2)其中，ΔP为单位管长上的沿程局部阻力损失，K为局部阻力系数，ρ为流体密度，V为流速。

3.管道弯曲阻力：在管道中，当流体流过弯曲部分时，会受到弯曲的影响，产生较大的阻力。

根据经验公式，可以计算管道弯曲阻力。

ΔP=K(ρV^2/2)其中，ΔP为单位管长上的弯曲阻力损失，K为弯曲阻力系数，ρ为流体密度，V为流速。

这些阻力形式在实际管道中经常同时存在，因此需要综合考虑计算总阻力。

通常采用经验公式、实验数据或数值模拟等方法进行计算。

在实际工程中，一般可以通过试验或计算得到相应的阻力系数，并且根据阻力计算公式，结合流体参数，来计算管路沿程阻力。

在实际应用中，管路沿程阻力的计算是非常重要的，它影响到管道系统的工作效率和输送能力。

为了降低阻力损失，有效节约能源，可以采取以下措施：优化管道布局，减少管道弯曲和局部阻力；选择合适的管道材料和直径，减小摩擦阻力；采用流体增压、注入润滑剂等方法来减小摩擦阻力。

总之，管路沿程阻力的计算是管道工程中的一个重要环节，通过合理地计算和设计，可以提高管道系统的效率和安全性，降低能源消耗。

管路沿程阻力计算管路沿程阻力是指液体在管道中流动时所受到的阻碍力，它是流体力学中的一个重要概念。

管路沿程阻力的计算对于工程设计和流体输送系统的优化具有重要意义。

本文将从理论和实际应用两个方面来介绍管路沿程阻力的计算方法。

一、理论计算方法1. 管路沿程阻力的基本概念在流体力学中，管路沿程阻力指的是液体在管道中流动时所受到的阻碍力。

它是由于粘性力、摩擦力和惯性力等作用所产生的。

管路沿程阻力可以通过计算管道中液体的流速、管道的长度和管道的粗糙度来估算。

2. 管路沿程阻力的计算公式根据流体力学理论，可以使用多种公式来计算管路沿程阻力。

其中最常用的是达西公式和海伦公式。

达西公式是最早提出的计算管路沿程阻力的公式，它基于经验和试验结果。

达西公式的一般形式如下：ΔP = f × (L/D) × (ρv²/2)其中，ΔP是管路沿程的压力损失，f是摩擦系数，L是管道的长度，D是管道的直径，ρ是液体的密度，v是液体的流速。

海伦公式是在达西公式的基础上进一步发展的。

它引入了雷诺数的概念，考虑了流体的流动状态。

海伦公式的一般形式如下：ΔP = f × (L/D) × (ρv²/2) × (1 + K)其中，K是与雷诺数有关的修正系数。

3. 管路沿程阻力的影响因素管路沿程阻力的大小受多个因素的影响。

主要包括管道的直径、管道的粗糙度、液体的流速和液体的密度等。

其中，管道的直径和管道的粗糙度是影响管路沿程阻力最为重要的因素。

较小的管道直径和较大的管道粗糙度会导致管路沿程阻力增大。

二、实际应用方法在实际工程中，为了准确计算管路沿程阻力，通常需要进行试验和实测。

下面介绍两种常用的实际应用方法。

1. 管路沿程阻力试验管路沿程阻力试验是通过在实际管道系统中进行流量测试和压力测量，来确定管路沿程阻力的大小。

试验时需要测量液体的流速、管道的长度和管道的直径等参数，并记录相应的压力损失。

并联环路压力损失的最大允许差值双管同程：15%双管异程：25%附录C 当量长度表所谓水泵的选取计算其实就是估算（很多计算公式本身就是估算的），估算分的细致些考虑的内容全面些就是精确的计算。

特别补充：当设计流量在设备的额定流量附近时，上面所提到的阻力可以套用，更多的是往往都大过设备的额定流量很多。

同样，水管的水流速建议计算后，查表取阻力值。

关于水泵扬程过大问题。

设计选取的水泵扬程过大，将使得富裕的扬程换取流量的增加，流量增加才使得水泵噪音加大。

特别的，流量增加还使得水泵电机负荷加大，电流加大，发热加大，“换过无数次轴承”还是小事，有很大可能还要烧电机的。

另外“水泵出口压力只有0.22兆帕”能说明什么呢？水泵进出口压差才是问题的关键。

例如将开式系统的水泵放在100米高的顶上，出口压力如果是0.22MPa，就这个系统将水泵放在地上向100米高的顶上送，出口压力就是0.32MPa了！1、水泵扬程简易估算法暖通水泵的选择：通常选用比转数ns在130～150的离心式清水泵，水泵的流量应为冷水机组额定流量的1.1～1.2倍（单台取1.1，两台并联取1.2。

按估算可大致取每100米管长的沿程损失为5mH2O，水泵扬程（mH2O）：Hmax=△P1+△P2+0.05L(1+K)△P1为冷水机组蒸发器的水压降。

△P2为该环中并联的各占空调未端装置的水压损失最大的一台的水压降。

L为该最不利环路的管长K为最不利环路中局部阻力当量长度总和和与直管总长的比值，当最不利环路较长时K值取0.2～0.3，最不利环路较短时K值取0.4～0.62、冷冻水泵扬程实用估算方法这里所谈的是闭式空调冷水系统的阻力组成，因为这种系统是最常用的系统。

1.冷水机组阻力：由机组制造厂提供，一般为60~100kPa。

2.管路阻力：包括磨擦阻力、局部阻力，其中单位长度的磨擦阻力即比摩组取决于技术经济比较。

若取值大则管径小，初投资省，但水泵运行能耗大；若取值小则反之。

实验一管路沿程阻力测定一实验目的1. 掌握流体流经管道时沿程阻力损失的测定方法。

2. 测定流体流过直管时的摩擦阻力，确定摩擦系数3. 测定流体流过管件时的局部阻力，并求出阻力系数4. 学会压差计和流量计的使用。

二实验原理流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地会引起压 强损耗。

这种损耗包括流体流经直管的沿程阻力以及流体流动方向的改变或因管 子大小、形状的改变所引起的局部阻力。

1. 沿程阻力称为直管摩擦系数，滞留时，；湍流时， 与R e 的关系受管壁粗糙度的影响, 需由实验测得。

64 R e根据伯努利方程可知，流体流过的沿程阻力损失，可直接得出所测得的液柱压 差计度数R （m ）算出：p R 指-水g2）阻力系数法h pE -局部阻力系数，无因次；u-在小截面管中流体的平均流速（m/s ）三实验装置与流程1.本实验装置及设备主要参数：被测元件：镀锌水管，管长2.0m ，管径（公称直径）0.021m ；闸阀D=3/4.1）测量仪表：U 型压差计（水银指示液）；LW — 15型涡轮流量计（精度0.5级, 量程0.4~4.0m /h,仪器编号I 的仪表常数为 599.41 （次/升），仪器编号II 的仪表常数为605.30 （次/ 升）, MM 智能流量仪）。

与Re 的关系2.局部阻力 1）当量长度法h fl e d2） 循环水泵。

3） 循环水箱。

4） DZ15-40型自动开关。

X- 2X 流体流动阻力损失实验流程图1) 水箱 6 ）放空阀 11 ）取压孔 2) 控制阀 7 ）排液阀 12 ）U 形压差计 3) 放空阀8 ）数显温度表 13 ）闸阀 4) 5) U 形压差计 平衡阀 9 ）泵10）涡轮流量计14取压孔四实验操作步骤及注意事项1. 水箱充水至80%2. 仪表调整（涡轮流量计、MM 智能流量计仪按说明书调节）3. 打开压差计上平衡阀，关闭各放气阀。

4. 启动循环水泵（首先检查泵轴是否转动，开全阀 13,全关阀2,后启动）。

2.1水系统管路阻力估算、管路及水泵选择a)确定管径一般情况下，按5℃温差来确定水流量（或按主机参数表中的额定水流量），主管道按主机最大能力的总和估算，分支管道按末端名义能力估算。

根据能力查下面《能力比摩阻速查估算表》，选定管型。

b)沿程阻力计算根据公式沿程阻力=比摩阻×管长，即H y=R×L，pa，计算时应选取最不利管路来计算：第一步：采用插值法计算具体的适用比摩阻，比如能力为7.5kW，范围属于“6＜Q≤11”能力段，K r=39.4，进行插值计算。

R=104+（7.5-6）×39.4=163.1 pa/m第二步：根据所需管长计算沿程阻力，假设管长L=28m，则H y= R×L=163.1×28=4566.8 pa=4.57 kpac)局部阻力计算作为估算，一般地，把局部阻力估算为沿程阻力的30-50%，当阀门、弯头、三通等管件较多的时候，取大值。

实际计算采用如下公式：Hj=ξ*ρv2/2，ξ---局部阻力系数，ρv2/2---动压ρv2/2动压查表插值计算，ξ局部阻力系数参考下表取值：d)水路总阻力计算及水泵选型水路总阻力包括：所有管道的沿程阻力、阀门、弯头、三通等管件的局部阻力、室外主机的换热器阻力（损失）、室内末端阻力（损失），后面两项与不同的主机型号和末端相关。

计算式为：H q=H y+H j+H z+H m+H fH z——室外主机换热器阻力，一般取7m水柱H m——室内末端阻力H f——水系统余量，一般取5m水柱；总阻力计算完成后，就可以根据总阻力选取流量满足要求的情况下能提供不小于总阻力扬程的水泵来匹配水系统。

选取水泵时要根据“流量——扬程曲线”来确定，但扬程和流量不能超出所需太大（一般不超过20%），避免导致出现水力失调和运行耗能较高。

水系统的沿程阻力和局部阻力与系统水流量和所采用的管径相关，流量、管径及所使用各种配件的多少决定总阻力，流量取决于主机能力（负荷）及送回水温差，流量确定的情况下，管径越大，总阻力越小，水泵的耗能越小，但管路初投资会增大。

实验一管路沿程阻力测定一、实验目的1.掌握流体流经管道时沿程阻力损失的测定方法。

2.测定流体流过直管时的摩擦阻力，测定摩擦系数λ与Re的关系。

3.测定流体流过管件时的局部阻力，并求出阻力系数ζ。

4.学会压差计和流量计的使用。

二、实验原理流体在管路中流动时，会引起压强损耗。

包括流经直管的沿程阻力以及各种局部阻力。

1.沿程阻力：流体层流流动时：湍流流动时，影响阻力损失的因素十分复杂，必须通过实验研究其规律。

为减少实验工作量，扩大实验结果的应用范围，可以采用因次分次法将各个变量综合成准数关系式。

影响阻力损失的因素：1）流体性质：密度、粘度；2）管路的几何尺寸：管径d，管长l，管壁粗糙度；3）流动条件：流速u。

组合成：); ;==λ层流时，λ;湍流时，λ需从实验测得。

流体流过直管的沿程阻力损失：指水2.局部阻力：局部阻力的两种表示方法：当量长度法，阻力系数法。

1）当量长度法管路直管长度为l,各种局部阻力长度之和为,流体在管路中流动时总阻力损失为λ2) 阻力系数法流体流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U可以由涡轮流量计及MMD智能流量仪算出(m/s)三、实验装置与流程1.本实验装置及设备主要参数：被测元件：镀锌水管，管长2.0m，管径0.021m,闸阀D=1）测量仪表：u形压差计；LW-15型涡轮流量计（精度0.5级，量程0.4-4.0,仪器1仪表常数599.41次/升，仪器2仪表常数605.30次/升，MMD智能流量仪）2）循环水泵3）循环水箱4）DZ15-40型自动开关5）数显温度表2.流程：10流体流动阻力损失实验流程图（1）水箱（6）放空阀（11）取压孔（2）控制阀（7）排液阀（12）U形压差计（3）放空阀（8）数显温度表（13）闸阀（4）U形压差计（9）泵（14）取压孔（5）平衡阀（10）涡轮流量计四、实验操作步骤及注意事项1.水箱充水至80%。

2.仪表调整。

3.打开压差计上平衡阀，关闭各放气阀。

地面瓦斯泵压力及瓦斯抽放管路阻力计算一、抽放管路阻力计算公式计算公式如下：H=9.81×L×Δ×Q2/（KD5）式中:H——沿程阻力 Pa，L——管路长度 m，Δ——瓦斯比重，取0.8439Q——管道内流量 m3/hD——瓦斯管内径cm，K——系数，K＝0.62（4寸管），K＝0.71（6寸管以上）二、管路敷设路线及长度1、西风井井筒（326m）→西风井南翼回风巷（327m）→13采区回风下山（635m）→13071下底抽巷及回风巷（586m）→13051切眼底抽巷（52m）→13071中间底抽巷（460m）2、13071下底抽巷→13泄水巷（118m）→21上011底抽巷（按650m计算）3、自13071切眼底抽巷开口处，管路分两趟敷设，一趟敷设至13071中间底抽巷；一趟敷设至21上011底抽巷。

三、管路阻力计算1、根据瓦斯抽放日报为参照依据，各地区抽放管路内瓦斯混合流量分别为：西风井井筒5100m³/h，西风井南翼回风巷5100m³/h，13采区回风下山5100m³/h，13071下底抽巷及回风巷2326m³/h，13051切眼底抽巷2326m³/h，13071中间底抽巷2326m³/h，13泄水巷2326m ³/h，21上011底抽巷2326m³/h。

2、西风井井筒管路阻力为：H=9.81×L×Δ×Q2/（KD5）=9.81×326×0.8439×51002/（0.71×31.45）≈3239Pa3、西风井南翼回风巷管路阻力为：H=9.81×L×Δ×Q2/（KD5）=9.81×327×0.8439×51002/（0.71×31.45）≈3248Pa4、13采区回风下山管路阻力为：H=9.81×L×Δ×Q2/（KD5）=9.81×635×0.8439×51002/（0.71×31.45）≈6309Pa5、13071下底抽巷及回风巷管路阻力为：H=9.81×L×Δ×Q2/（KD5）=9.81×586×0.8439×23262/（0.71×255）≈3785Pa6、13051切眼底抽巷管路阻力为：H=9.81×L×Δ×Q2/（KD5）=9.81×52×0.8439×23262/（0.71×31.45）≈336Pa7、13071中间底抽巷管路阻力为：H=9.81×L×Δ×Q2/（KD5）=9.81×460×0.8439×23262/（0.71×31.45）≈2972Pa8、13泄水巷管路阻力为：H=9.81×L×Δ×Q2/（KD5）=9.81×118×0.8439×23262/（0.71×31.45）≈762Pa9、21上011底抽巷管路阻力为：H=9.81×L×Δ×Q2/（KD5）=9.81×650×0.8439×2326/（0.71×31.45）≈4199Pa管网阻力=3239 Pa+3248 Pa+6309 Pa+3785 Pa+336 Pa+2972 Pa+762 Pa+4199 Pa=24850 Pa10、根据矿井瓦斯抽采系统设计中提供的参数，抽采管路校正系数为1.042。

中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告实验日期：成绩：班级：学号：姓名：教师：同组者：实验七、沿程阻力实验一、实验目的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——文丘利流量计；F2——孔板流量计；F3——电磁流量计；C——量水箱；V——阀门；K——局部阻力试验管路图7-1 管流综合实验装置流程图三、实验原理本实验所用的管路水平放置且等直径，因此利用能量方程可以推导出管路两点间的沿程水力损失计算公式为：gv D L H f22•=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），m 。

由式（1-7-1）可以得到沿程阻力系数λ的表达式：22vh L D gf⋅=λ （1-7-2） 沿程阻力系数λ在层流时只与雷诺数有关，在紊流时与雷诺数、管壁粗糙度都有关。

当实验管路粗糙度保持不变时，可以得到该管的λ-Re 关系曲线。

四、实验要求1．有关常数 实验装置编号：No. 4 管路直径：D =21058.1-⨯m ；水的温度：T = 20.0 ℃；水的密度:ρ= 998.23 kg/m 3；动力粘度系数：μ= 101.055-3⨯ Pa ⋅s ； 运动粘度系数：ν=610007.1-⨯ m 2/s ； 两测点之间的距离：L = 5 m2．实验数据记录及处理见表7-1和表7-2以其中一组数据写出计算实例。

以第一组数据为例： 流量s mt h h A Q d u /1029.39928.45/10)4.106.55(10400/)(3624---⨯=⨯-⨯⨯=-= 由v A Q ⋅=，则管内平均流速为s m D Q A Q v /1065.2034/)1058.1(1029.3994/22262---⨯=⋅⨯⨯=⋅==ππ 29.3195310007.11065.2031058.1Dve 1423.0)1065.2203(1056.95251058.18.9221056.952106.75)16.13()16.13(106.752.198.94''-6222222222'221'=⨯⨯⨯⨯===⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=⨯=⨯⨯-=∆⋅-=⨯=-=-=∆---------νλR v h L D g mh h mh h h f f 雷诺数沿程阻力系数沿程水头损失水压差计压差汞3．在双对数坐标纸上绘制λ-Re 的关系曲线。

第六章 流动阻力和水头损失学习要点：熟练地掌握水头损失的分类和计算、层流与紊流的判别及其流速分布规律；掌握流动阻力的分区划分、各个分区内沿程水头损失系数的影响因素，了解紊流脉动现象及其切应力的特征、人工加糙管道与工业管道实验结果的异同、沿程水头损失系数计算的经验公式、几种特殊的管路附件的局部水头损失系数等。

实际流体具有粘性，在通道内流动时，流体内部流层之间存在相对运动和流动阻力。

流动阻力做功，使流体的一部分机械能不可逆地转化为热能而散发，从流体具有的机械能来看是一种损失。

总流单位重量流体的平均机械能损失称为水头损失，只有解决了水头损失的计算问题，第四章得到的伯努利方程式才能真正用于解决实际工程问题。

第一节 水头损失及其分类流动阻力和水头损失的规律，因流体的流动状态和流动的边界条件而异，故应对流动阻力的水头损失进行分类研究。

一、水头损失分类流体在流动的过程中，在流动的方向、壁面的粗糙程度、过流断面的形状和尺寸均不变的均匀流段上产生的流动阻力称之为沿程阻力，或称为摩擦阻力。

沿程阻力的影响造成流体流动过程中能量的损失或水头损失（习惯上用单位重量流体的损失表示）。

沿程阻力均匀地分布在整个均匀流段上，与管段的长度成正比，一般用f h 表示。

另一类阻力是发生在流动边界有急变的流场中，能量的损失主要集中在该流场及附近流场，这种集中发生的能量损失或阻力称为局部阻力或局部损失，由局部阻力造成的水头损失称为局部水头损失。

通常在管道的进出口、变截面管道、管道的连接处等部位，都会发生局部水头损失，一般用j h 表示。

如图6—1所示的管道流动，其中，ab ，bc 和cd 各段只有沿程阻力，ab f h 、bc f h 、cd f h 是各段的沿程水头损失，管道入口、管截面突变及阀门处产生的局部水头损失，a j h 、bj h 、和c j h 是各处的局部水头损失。

整个管道的水头损失w h 等于各段的沿程损失和各处的局部损失的总和。