流体流动阻力测定实验报告

流体流动阻力的测定

实验报告

化工0808

200811240

报告人：董天琦

同组人: 谢应锐、魏来、派瑞克、施云流体流动阻力测定实验报告 200811240 化工0808 董天琦 

流体流动阻力测定实验报告 

实验时间：2010.10.21 报告人：董天琦 学号：200811240

班级：化工 0808 同组人: 谢应锐、魏来、派瑞克、施云 

摘要：本实验通过测定流体在不同管路中流动时的流量qv、测压点之间的压强差ΔP，结合已知的管路的内径、长度等数据，应用机械能守恒式算出不同管路的λ‐Re变化关系及突然扩大管的-Re关系。从实验数据分析可知，光滑管、

粗糙管的摩擦阻力系数随Re增大而减小，并且光滑管的摩擦阻力系数较好地满

足Blasuis关系式： 。突然扩大管的局部阻力系数随Re的变化而变化。层流时，摩擦阻力系数满足 关系式。 

一、 实验目的及任务 

1、 掌握测定流体流动阻力实验的一般方法。 

2、 测定直管摩擦阻力系数λ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、 验证湍流区摩擦阻力系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。 

5、 将所得光滑管的λ‐Re方程与Blasius方程相比较。 

二、 基本原理 

流体在由直管和管件、阀门组成的管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存

在,不可避免地要消耗一定的机械能。流体在直管中流动造成机械能损失称为直

管阻力损失,用Hp表示。而流体流经阀门管件等的局部障碍所造成的机械损失,

称为局部阻力损失,用hf表示。直管阻力损失,表现在水平均匀管路中两截面的压强降低,即： 21pphf。

因为影响阻力损失的因素很多,即),,,,,,(uldfhf 所以,我们采用因次分

析指导下的实验研究方法。根据因次分析法,将),,,,,(uldfphf组合

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成无因次式：雷诺数Re=d*u*ρ/μ;相对粗糙度=ε/d;管子长径比=l/d 所以有 ddlduuP,,2 (1) 变换(1)式, 得 2Re,2uddlP (2) 由(2)式可知 hPlduf22 (3) (3)式中的λ, 即为直管摩擦系数, 它可表示成Re,d。它只是雷诺数及管

壁相对粗糙度的函数,确定它们之间的关系,只要用水作物系,在实验室规模的装

置中进行有限量的实验即可得知, 知道了λ的值,就可计算任何物系的流体在管

道中的阻力损失,使实验结果具有普遍意义。局部阻力损失,用局部阻力系数法表示,即用动能系数来表示,可写成 22uhe。

三、 装置和流程

本实验装置如图，管道水平安装，实验用水循环使用。其中1为水箱，2

为水泵，3为层流水箱，4管为层流管，管径Φ=2.5mm,两测压点之间距

离为1.00m；5为截止阀，6为球形阀。7管为光滑管，管径Φ=20.5mm，

长度为1.80m。8管为粗糙管，管径Φ=22.0mm，长度为1.50m。9管为突

然扩大管，管子由Φ（22*3）mm扩大到Φ（48*3）mm；10为流量调节阀，

11为层流调节阀。系统装有孔板流量计（孔径Φ24.00mm，孔流系数

C0=0.73）以测量流量。

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 实验的测量系统如图，共有两套倒U形压差计，一套正U形压差计和一组切换

阀。正U形压差计用来测量层流管阻力，它可以用倒U形压差计测量；倒U形

压差计用来测量孔板压差、直管阻力和局部阻力，各测压点均与面板后的两个

汇集管相连，通过面板上切换阀与倒U形压差计相连。前者用来测量直管阻力

和局部阻力，后者用于测量孔板压差，其测压口与装置相同编号的测压口相连。 

四、 实验操作要点 

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

他开关阀和切换阀，保证测压点一一对应。 

② 系统要排净气体是液体连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净，检查

是否排净的方法是当流量为零时，观察U形压差计中两液面是否水平。 

③ 读取数据时，应注意稳定后再读书。测定直管阻力时，流量由大到小，充分

利用面板量程读取8组数据，然后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、球阀和截止阀的局部阻力时，各测取3组数据。层

流管的流量用量筒与秒表测取。 

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五、 实验原始数据 

光滑管 T=15.2℃ d=20.5mm l=1.5m 流量（m3/h） 压差（Kpa） 3.82 77.238 3.2 5.609 2.87 4.588 2.83 4.4703 2.42 3.4089 2.02 2.4298 1.69 1.8045 1.37 1.2524 1.04 0.7867 0.77 0.4864 0.39 0.1885

粗糙管 T=16.2℃ d=22.0mm l=1.5m 流量（m3/h） 压差（Kpa） 3.87 7.5859 3.17 5.5451 2.67 3.9673 2.28 3.019 2 0.3595 1.66 4.6963 1.4 1.2593 1.11 0.8435 0.81 0.508 0.54 0.2715

扩大管T=18.8℃ d1=16.0mm l1=140mm d2=48mm l2=28.6mm 流量（m3/h） 压差（Kpa） 3.3 1.83352.18 0.7451.38 0.283 

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层流管 T=19.7℃ d=2.5mm l=1m 时间（s） 体积（ml） 流量（m3/h）120 43 0.00129120 78 0.0023490 80 0.003290 102 0.0040860 85 0.005160 103 0.0061860 145 0.008760 160 0.0096

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六、数据处理 

实验时水温为15.2。C，查得此温度下的黏度μ=1.155(mPa.s)。取ρ

=1000kg/m3 。列出两测压点之间的机械能守恒式： 

⑴ 对于光滑管，z1=z2，u1=u2=u且=0，则有且uA=qv， 可得 且雷诺数 。

⑵ 对于粗糙管与光滑管，即 ， 。 

⑶ 对于突然扩大管，可忽略摩擦阻力损失，且z1=z2，u=u2，则 ，， 则 

⑷ 对于层流管，算法与光滑管相同，即， 

由以上原理整理得出以下数据 

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在双对数坐标上分别做两管的Re‐λ关系图，图形如下： 

 层流管和扩大管数据处理如下

第7页 共 9 页 流体流动阻力测定实验报告 200811240 化工0808 董天琦 扩大管 流量（m3/h） 压差（Kpa） 水的流速1 水的流速2 密度 ρ(kg/m3) 阻力系数 λ 3.3 1.8335 4.5591259740.5065696997.917256 0.9874775332.18 0.745 3.0117862490.3346429997.917256 0.9874897161.38 0.283 1.9065435890.2118382997.917256 0.987498284 

做层流管Re‐λ关系图，图形如下

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七、实验结果与结论和误差分析 

1、由以上实验数据处理的图形可知,光滑管和粗糙管的λ随Re的增大而

减小，且Re增大到一定数值时，λ降低的速度变小。 

2、由光滑管的Re‐λ曲线可以看出实验数据和符合Blasuis关系式

。 3、层流管的所得的实验数据较好地符合公式λ=64/Re。 

4、层流管的Re小于2000，光滑管和粗糙管的Re在104数量级。 

5、局部阻力系数随Re的增大而减小，当Re增大到一定数值后局部阻力

系数变化率减小。 

6、实验过程中水箱中的水的温度不断升高，但是记录数据的时候只记录

了初始温度。 

7、压力差计量表的数据在不断变化，读取的是一个瞬时值 

八、思考题 

2、在不同设备（包括相对粗糙度相同而管径不同）、不同温下测定的λ-Re

数据能否关联在一条曲线上？

答：不一定，因为λ和Re与流体的密度和粘度有关。密度与粘度与温度

有关。所以不一定呢能关联到同一条曲线上

3、以水作工作流体所测得的λ-Re关系能否适用于其他种类的牛顿型流

体？为什么？

答：其他牛顿型流体的物理性质，如密度，黏度等和水不同，而λ、Re

和密度，黏度有关，所以不适用于其他流体。

5、如果要增加雷诺数的范围，可采取那些措施？

答：更改管径，更改流体温度，从而更改流体的粘度和密度。。

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