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实验一 管路沿程阻力测定

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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λ与e R 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ξ。

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，由于会存在多种阻力损失，比如粘在管壁上，经过流道拐角处的阻力损失等。

我们在分析问题上将阻力分成两大类：沿程阻力损失和局部阻力损失。

1. 沿程阻力流体在水平均匀管道中流动时，由截面1到2，阻力损失为压强降低：ρ21P P h f-=流体流动的实际情况和复杂，目前还不可以完全用理论建立数学模型来求解。

我么现在常常选用因次分析法来研究湍流流动。

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

变量关系可以表示为：),,,,(ερμl d f p=∆;,,2⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅∆d d l du u pεμρϕρ2),(R ,2e u d d l p⋅=∆εϕρ；引入： ⎪⎭⎫⎝⎛=d e εϕλ,R 公式变形为：22u d l ph f ⋅=∆=λρλ称为直管摩擦系数，滞流时，λ＝64/Re ；湍流时，需由实验测得。

根据伯努利方程可知，流体流过直管的沿程阻力损失，可由液柱压差计读数R(m ）算出：g R p )-(水指ρρ=∆指ρ：压差计中指示剂的密度（㎏⋅3-m )。

该实验中以水银作为指示剂,另一流体为水。

2. 局部阻力1）当量长度法在分析阻力损失时，可将流体流过某管件或阀门时的局部阻力损失，等同于流体流过一段当量长度管径的直管阻力损失，当量长度用e l表示，用直管阻力公式来计算局部阻力损失。

在管路计算中当量长度之和为e l ∑，则：22ud l l hef ⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛∑+=∑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p h 表示：22u h p ⋅=ξξ——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)。

由于摩擦阻力可以忽略不计，所以p h 可以应用伯努利方程由液柱压差计读数R 求出。

u 可以用公式)/(24s m d Vs u π= s V ——平均流量（s m /3)。

三、实验装置与流程1、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4/3=v D1）测量仪表：U 形压差计（水银指示液）；LW-15型涡轮流量计（精度0.5级，量程0.4~4.0m ³/h ，仪器编号Ⅰ的仪表常数为599.41（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、操作步骤及注意事项1. 水箱充水至80%。

2. 按照说明书调整仪器。

3. 打开压差计上平衡阀，关闭各个放气阀。

4. 启动循环水泵（首先检查泵轴是否转动，全开阀13，全关阀2，后启动）。

5. 排气：顺序是管路排气，测压管排气，关闭平衡阀，缓慢转动放气阀排除压差计中的气泡（先排进气管后排出气管，防止压差计中的水银被冲走），排气完毕。

6. 读取压差计零位读数。

7. 将调节阀开至最大，确定流量范围以及10个试验点，测定阻力损失。

8. 均匀改变流量，读出一系列的Vs、Δp1、Δp2。

注意：每改变一次流量，必须等流动稳定后，才能读数。

9. 测定完毕后，将装置恢复原状，，并打开平衡阀，清理实验场地。

五、实验数据记录实验装置号：Ⅰ，被测管长：2.0m ，被测管径：0.021m ，被测管件：镀锌水管，仪表常数：599.41次/升，水温：25.6℃。

六、实验数据处理以第五组数据为例计算： 序号流量 Vssm /3流速 usm /密度 ρ3/m kg粘度 μs Pa .ReR1 R2 △P1 △P2 λ ζ1 0.001028 2.967 996.95 0.0009 68802 28.2 7.5 34865 9272 0.083 2.113 2 0.000911 2.630 996.95 0.0009 60984 22.9 5.8 28312 7170 0.086 2.080 3 0.000759 2.192 996.95 0.0009 50820 15.9 4.2 19658 5192 0.086 2.169 4 0.000684 1.975 996.95 0.0009 45793 13.0 3.3 16072 4079 0.087 2.099 5 0.000569 1.642 996.95 0.0009 38087 9.30 2.4 11498 2967 0.090 2.207 6 0.000450 1.301 996.95 0.0009 30157 5.60 1.4 6923 1730 0.086 2.053 7 0.000345 0.997 996.95 0.0009 23120 3.20 0.9 3956 1112 0.084 2.245 8 0.000222 0.641 996.95 0.0009 14855 1.20 0.4 1483 494 0.076 2.417 9 0.000145 0.419 996.95 0.0009 97170.70 0.2 8652470.104 2.825序号流量仪读数（次/s) 直管阻力损失1P ∆局部阻力损失2P ∆U 管左边读数 cm Hg U 管右边读数cm HgU 管左边读数 cm HgU 管右边读数 cm Hg0 678 17.3 52.2 32.4 23.2 1 616 20.5 48.7 31.6 24.1 2 546 23.3 46.2 30.8 25.0 3 455 26.7 42.6 29.8 25.6 4 410 28.3 41.3 29.6 26.3 5 341 30.1 39.4 29.1 26.7 6 270 32.0 37.6 28.7 27.3 7 207 33.3 36.5 28.4 27.5 8 133 34.4 35.6 28.2 27.8 9 87 34.6 35.3 28.1 27.9 1034.534.528.028.0206.26425.195.99626.2967220897.06425.1295.99614.11498021.02226.296781.9104.2)95.99613600()(14.1149881.9103.9)95.99613600()(104.24.27.261.29103.93.91.304.39498.3808710285.9095.9966425.1021.0R /6425.14021.0105689.0105689.01041.599/34122222122221122215e 2333=⨯⨯=∆==⨯⨯⨯⨯=∆⨯==⨯⨯⨯-=-=∆=⨯⨯⨯-=-=∆⨯==-=⨯==-==⨯⨯⨯===⨯⨯==⨯=⨯--------=u P lu P d g R P g R P mcm R m cm R du sm A V u V Hg Hg s s ρξρλρρρρμρπ七：结果分析与讨论1.用双对数坐标纸关联一定ε/d 下，λ和Re 的关系，并用实验结果估算一工程问题的阻力损失。

答：一定ε/d 下，λ和Re 的关系见上图。

以λ=0.090为例。

53.142642.1207.22642.1021.02090.02.2..2222=⨯+⨯⨯=+=+=∑u u d l hp hf hf ξλ2.根据所得到的λ和Re 的关系，验证伯拉休斯公式。

答：柏拉修斯公式：25.0Re3164.0=λ 。

当Re=38087.498 ， λ=0.090 即在此条件下柏拉修斯公式不成立.3.为什么测定数据前首先要赶尽设备和测压管中的空气？怎样赶走？ 答：如果设备或测压管中留有空气，则会引起U 形管读书产生误差。

缓慢旋动平衡阀排除气泡。

4.在进行测试系统的排气工作时，是否要关闭系统的出口阀？为什么？答：要关闭出口阀，这样才能通过U 形压差计的液面是否变化判断系统的排气是否完全。

5.U 形压差计上装设平衡阀有何作用？什么时候开着？什么时候关闭？答：平衡U 形压差计中两边的气压；当实验结束时打开，当排除压差计中的气泡时以及实验过程中关闭。

6.为什么本实验数据需在双对数坐标纸上进行标绘。

答：因为变量λ和Re 的最大值最小值相差很大，采用双对数 可以使图形不失真，更好反映λ和Re 两者之间的的关系。

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流体力学 实验一 阻力系数的测定实验

流体力学 实验一 阻力系数的测定实验

流体力学 实验一 阻力系数的测定实验（一）实验名称：沿程阻力系数的测定实验目的：（1）测定不同雷诺数Re 时的沿程阻力系数λ；（2）掌握沿程阻力系数的测定方法。

实验原理：对I 、Ⅱ两断面列能量方程式，可求得L 长度上的沿程水头损失h P P h f ∆=-=γγ21 根据达西公式gvdL h f 22⋅⋅=λ先根据单位时间流过体积计算流量，并算出断面平均流速v ，即可求得沿程阻力系数λ。

2222vh Lgd Lvgdh f∆⋅==λ令2;2vh k k Lgd ∆⋅==λ则实验设备：多功能水力学实验台，秒表。

（右图仅供参考） 实验步骤：1、准备工作⑴记录仪器常数d 、L ，并算出k 值。

⑵检查测压计管3、4测面是否水平（此时Q=0），如果不在同一水平面上，必须将橡皮管内空气排尽，使两测压管的测面处于水平状态。

⑶关闭无关测点的小阀门 ⑷打开设计流管相关阀门 ⑸关小总阀门 2、进行实验⑴开泵，打开秒表，此时相关测压管中应出现较小高差。

⑵缓慢调节总阀门，记录相关压强高度、高度差、时间、体积等。

实验数据处理(下表仅参考)：d= m L= mNO.h 3 h 4 h ∆ ∇ t ∆ Q V λ(cm)(cm)(cm)(l)(s)(l/s)(m/s)12345注意事项：1、若测压管中液位较高，可调节压强控制球，使液位降至中部，以增大量测范围。

2、如出现测压管冒泡现象，不必惊慌，可调节流量或停泵重做。

思考题：1.本实验的理论依据是什么？2.如何使沿程阻力系数的测定结果与实际相符？（二）（选作）实验名称：管道突然扩大和突然缩小阻力系数的测定实验目的：（1）掌握管道突然扩大和突然缩小局部阻力系数计算公式。

（2）掌握测定管道突然扩大和突然缩小的阻力系数的方法。

实验原理： 1、突然扩大在扩大前后取1-1及2-2断面，因管道系水平放置，可列出上述断面的能量方程如下：ξ++=+gV rP gV r P 22222211gV 222gVg V V r P P 2222222121-+-=ξ2、突然缩小在缩小前后取3-3及4-4断面，列能量方程式ξ++=+gV rP gV r P 22244233gV 224gVg V V r P P 2224242343-+-=ξ实验设备：多功能水力学实验台、秒表 实验步骤：A 、突然扩大1、准备工作（1） 检查测压管9、10液面是否水平（此时Q=0），如不水平，必须将橡皮管内空气排尽，使两测压管9、10液面水平。

实验一 管路沿程阻力测定

实验一 管路沿程阻力测定

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。

土木工程流体力学实验报告谜底

土木工程流体力学实验报告谜底

实验一 管路沿程阻力系数测定实验
1． 为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影 响实验成果？
现以倾斜等径管道上装设的水银多管压差计为例说明（图中 A—A 为水平线）： 如图示 O—O 为基准面，以 1—1 和 2—2 为计算断面，计算点在轴心处，设
v1 v2 ， h j 0 ，由能量方程可得
主要根源。由于水质点的无规则运动和激烈的紊动，相互磨擦，便消耗了部分水体的
自储能量。另外，当这部分低能流体被主流的高能流体带走时，还须克服剪切流的速
度梯度，经质点间的动能交换，达到流速的重新组合，这也损耗了部分能量。这样就
造成了局部阻力损失。
从流动仪可见，突扩段的漩涡主要发生在突扩断面以后，而且与扩大系数有关，
时测量给定，一般 < 1%。如果排除这两方面的误差，实验结果仍出现异常，那么只 能从细管的水力特性及其光洁度等方面作深入的分析研究。还可以从减阻剂对水流减 阻作用上作探讨，因为自动水泵供水时，会渗入少量油脂类高分子物质。总之，这是 尚待进一步探讨的问题。
2
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，通系电1，力过根保管据护线生高0不产中仅工资2艺料22高试2可中卷以资配解料置决试技吊卷术顶要是层求指配，机置对组不电在规气进范设行高备继中进电资行保料空护试载高卷与中问带资题负料2荷试2，下卷而高总且中体可资配保料置障试时2卷，32调需3各控要类试在管验最路；大习对限题设度到备内位进来。行确在调保管整机路使组敷其高设在中过正资程常料1工试中况卷，下安要与全加过，强度并看工且25作尽52下可22都能护可地1关以缩于正小管常故路工障高作高中；中资对资料于料试继试卷电卷连保破接护坏管进范口行围处整，理核或高对者中定对资值某料，些试审异卷核常弯与高扁校中度对资固图料定纸试盒，卷位编工置写况.复进保杂行护设自层备动防与处腐装理跨置，接高尤地中其线资要弯料避曲试免半卷错径调误标试高方中等案资，，料要编试求5写、卷技重电保术要气护交设设装底备备置。4高调、动管中试电作线资高气，敷料中课并设3试资件且、技卷料中拒管术试试调绝路中验卷试动敷包方技作设含案术，技线以来术槽及避、系免管统不架启必等动要多方高项案中方；资式对料，整试为套卷解启突决动然高过停中程机语中。文高因电中此气资，课料电件试力中卷高管电中壁气资薄设料、备试接进卷口行保不调护严试装等工置问作调题并试，且技合进术理行，利过要用关求管运电线行力敷高保设中护技资装术料置。试做线卷到缆技准敷术确设指灵原导活则。。：对对在于于分调差线试动盒过保处程护，中装当高置不中高同资中电料资压试料回卷试路技卷交术调叉问试时题技，，术应作是采为指用调发金试电属人机隔员一板，变进需压行要器隔在组开事在处前发理掌生；握内同图部一纸故线资障槽料时内、，设需强备要电制进回造行路厂外须家部同出电时具源切高高断中中习资资题料料电试试源卷卷，试切线验除缆报从敷告而设与采完相用毕关高，技中要术资进资料行料试检，卷查并主和且要检了保测解护处现装理场置。设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
土木工程流体力学实验报告实验分析-与讨论答案

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管路沿程阻力系数测定实验1． 为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影响实验成果？现以倾斜等径管道上装设的水银多管压差计为例说明（图中A —A 为水平线）： 如图示O —O 为基准面，以1—1和2—2为计算断面，计算点在轴心处，设21v v =，∑=0jh，由能量方程可得⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-γγ221121p Z p Z h f111222216.136.13H H h h H h h H p p +∆-∆-∆+∆+∆-∆+-=γγ112226.126.12H h h H p +∆+∆+-=γ∴ ()()122211216.126.12h h H Z H Z h f ∆+∆++-+=-)(6.1221h h ∆+∆=这表明水银压差计的压差值即为沿程水头损失，且和倾角无关。

2．据实测m 值判别本实验的流动型态和流区。

f h lg ～v lg 曲线的斜率m=1.0～1.8，即fh 与8.10.1-v 成正比，表明流动为层流（m=1.0）、紊流光滑区和紊流过渡区（未达阻力平方区）。

3．本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。

通常试验点所绘得的曲线处于光滑管区，本报告所列的试验值，也是如此。

但是，有的实验结果相应点落到了莫迪图中光滑管区的右下方。

对此必须认真分析。

如果由于误差所致，那么据下式分析d和Q的影响最大，Q有2%误差时，就有4%的误差，而d有2%误差时，可产生10%的误差。

Q的误差可经多次测量消除，而d值是以实验常数提供的，由仪器制作时测量给定，一般< 1%。

如果排除这两方面的误差，实验结果仍出现异常，那么只能从细管的水力特性及其光洁度等方面作深入的分析研究。

还可以从减阻剂对水流减阻作用上作探讨，因为自动水泵供水时，会渗入少量油脂类高分子物质。

总之，这是尚待进一步探讨的问题。

管路局部阻力系数测定实验三、实验分析与讨论1．结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系： 1）不同R e 的突扩ξe 是否相同？2）在管径比变化相同的条件下，其突扩ξe 是否一定大于突缩ξs ？ 由式gv h j 22ζ=及()21d d f =ζ表明影响局部阻力损失的因素是v 和21d d 。