北京化工大学化工原理实验报告
实验名称：流体流动阻力测定
班级：化工10
学号：2010
姓名：
同组人：
实验日期：2012.10.10
流体阻力实验
一、摘要
通过测定不同阀门开度下的流体流量v q ，以及测定已知长度l 和管径d 的光滑直管和粗糙直管间的压差p ∆，根据公式2
2u l p d ρλ∆=，其中ρ为实验温度下流体的密度；流体流速
2
4d q u v
π=
，以及雷诺数μ
ρdu =Re （μ为实验温度下流体粘度），得出湍流区光滑直管和粗糙直管在不同Re 下的λ值，通过作Re -λ双对数坐标图，可以得出两者的关系曲线，以及和光滑管遵循的Blasius 关系式比较关系，并验证了湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺数Re 和相对粗糙度ε/d 的函数。由公式2
22
1
21p
u u
ρζ∆+
=-
可求出突然扩大管的局部阻力系数，以及由
Re
64=
λ求出层流时的摩擦阻力系数λ，再和雷诺数Re 作图得出层流管Re -λ关系曲线。 关键词：摩擦阻力系数 局部阻力系数 雷诺数Re 相对粗糙度ε/d
二、实验目的
1、掌握测定流体流动阻力实验的一般试验方法；
2、测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管的局部阻力系数ζ；
3、测定层流管的摩擦阻力系数λ；
4、验证湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺数Re 和相对粗糙度ε/d 的函数；
5、将所得光滑管的λ-Re 方程与Blasius 方程相比较。
三、实验原理
1、直管阻力损失函数：f （h f ，ρ，μ， l ，d ，ε, u ）=0 应用量纲分析法寻找hf （ΔP /ρ）与各影响因素间的关系 1）影响因素
物性：ρ，μ 设备：l ，d ，ε 操作：u （p,Z ） 2）量纲分析
ρ[ML -3]，μ[ML -1 T -1]， l [L] ，d [L]，ε[L]，u [LT -1]， h f [L 2 T -2] 3）选基本变量（独立，含M ，L ，T ）
d ，u ，ρ（l ，u ，ρ等组合也可以） 4）无量纲化非基本变量
μ：π1＝μρa u b d c [M 0L 0T 0] =[ML -1 T -1][ML -3]a [LT -1]b [L]c ⇒ a=-1,b=-1,c=-1 变换形式后得：π1＝ρud /μ
l: π2＝l/d ε: π3＝ε/d h f : π4＝h f /u 2 5）原函数无量纲化
0,,,2=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛d l d du u h F f εμρ 6）实验
2
2,22u d l u d
l d du h f ⋅=⋅⋅
⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛=λεμ
ρϕ 摩擦系数：()d εϕλR e,=
层流圆直管（Re<2000）：λ=φ（Re ）即λ=64/Re
湍流水力学光滑管（Re>4000）：λ=0.3163/Re 0.25
湍流普通直管（4000⎪⎭
⎫ ⎝⎛+-=λελRe 7.182log 274.11d 湍流普通直管（Re>临界点）：λ=φ（ε/d ）即⎪
⎭
⎫ ⎝⎛
-=d ελ2log 274.11
2、局部阻力损失函数
2
2
u h f ζ= 局部阻力系数：（局部结构）ϕζ=
考虑流体阻力等因素，通常管道设计液速值取1～3m/s ，气速值取10～30m/s 。 大多数阀门：顺时针旋转是关闭，逆时针旋转是打开。
四、实验流程
层流管：d 2.9mm l 1.00m ==，；突然扩大管：,0.161mm d =mm l 1401=；粗糙管：
21.5, 1.50d mm l m ==；光滑管：m l mm d 50.1,5.21==。
操作装置图如下：
五、实验操作
1、关闭流量调节阀门，启动水泵；
2、调整阀门V1～V5开关，确定测量管路；
3、打开对应引压管切换阀门和压差传感器阀门，进行主管路、测压管路排气；
4、排气结束，关闭传感器阀门，检查其数值回零，否则继续排气；
5、确定量程，布点，改变水流量测多组数据；
6、所有参数在仪表柜集中显示，水流量/m3•h-1，压降/kPa，温度/℃；
7、层流实验水流量由量筒和秒表测出；
8、测完所有数据，停泵，开传感器排气阀，关闭切换阀门；
9、检查数据，整理好仪器设备，实验结束。
六、实验数据处理
原始数据如下表：
数据计算示例：
1、 光滑管：近似取T=20.0℃时水的密度3
998.2/Kg m ρ=，粘度 1.005mPa s μ=•
以光滑管第一组数据为例：
3322
322
998.2/, 4.1/,7314.5,21.5,, 1.5044 4.10/3600
3.138591/3.140.02150.0215 3.1385911000Re 67023.14
1.00510220.02157314.50.021324
1.501000 3.138591B v v Kg m q m h p Pa d mm l m
q u m s d du d p l u ρπρμλρ-==∆===⨯∴=
==⨯⨯⨯===⨯∆⨯⨯===⨯⨯0.250.25lasius 0.3163/Re 0.3163/67023.140.019658λ===关系式求得
2、 粗糙管：
以粗糙管第一组数据为例：
34.12/v q m h =, 10468p Pa ∆=, 21.5d mm =, m l 50.1=
∴22
44 4.12/3600 3.153902/3.140.0215v q u m s
d π⨯===⨯ , 30.0215 3.153902998.2
Re 67350.081.00510du ρμ-⨯⨯===⨯ 22
220.021510468
0.0302221.50998.2 3.153902
d p l u λρ∆⨯⨯=
==⨯⨯ 3、 突然扩大管：
以第一组数据为例：
33.5/v q m h =, 5256.5p Pa ∆=, ,0.161mm d = ,0.422mm d =
