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：0.25
λ=。突然扩大管的局部阻力系数随Re的变化而
0.3163Re
变化。
一、目的及任务
①掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。
②测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管和阀门的局部阻力系数ξ。
③验证湍流区内摩擦系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度的函数。
④将所得光滑管λ-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，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；流体在流过突然扩大、弯头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然变化，产生局部阻力。影响流体阻力的因素较多，在工程上通常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，流体流经处的几何尺寸以及流动状态相关，可表示为：
△p=ƒ(d,l,u,ρ, μ, ε)
引入下列无量纲数群。
雷诺数 du Re ρ
μ=
相对粗糙度 d
ε 管子长径比l d
从而得到
2
(,,)p du l
u d d
ρερμ∆=ψ 令(Re,)d
ε
λ=Φ
2(Re,)2
p
l u d d ερ∆=Φ 可得到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。
22
f p
l u h d λρ∆==⨯
式中
f h ——直管阻力，J/k
g ；
l ——被测管长，m ； d ——被测管内径，m ；
u ——平均流速，m/s ；
λ——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。改变流速科测出不同Re 下的摩擦阻力系数，这样就可得到某一相对粗糙度下的λ-Re 关系。
(1) 湍流区的摩擦阻力系数
在湍流区内(Re,)f d ε
λ=。对于光滑管，大量实验证明，当Re 在35
310~10⨯范围内，λ与Re 的关系式遵循Blasius 关系式，即
0.250.3163Re λ=
对于粗糙管，λ与Re 的关系均以图来表示。 (2) 层流的摩擦阻力系数
64Re
λ=
2. 局部阻力
2
2
f u h ξ=
式中，ξ为局部阻力系数，其与流体流过管件的集合形状及流体的Re 有关，当Re 大到一定值后，ξ与Re 无关，为定值。
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No.1管为层流管，管径Φ(6×1.5)mm,两测压管之间的距离1m ；No.2管安装有球阀和截止阀两种管件，管径为Φ(27×3)mm ；No.3管为Φ(27×2.75) mm 不锈钢管；No.4为Φ(27×2.75) mm 镀锌钢管，直管阻力的两测压口间的距离为1.5m ；No.5为突然扩大管，管子由Φ(22×3) mm 扩大到Φ(48×3) mm ；a 1、a 2为层流管两端的两测压口；b 1、b 2为球阀的两测压口；c 1、c 2表示截止阀的两测压口；d 1、d 2表示不锈钢管的两测压口；e 1、e 2表示粗糙管的两测压口；f 1、f 2表示突然扩大管的两测压口。系统中孔板流量计以测流量。
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对应的切换阀，
关闭其他开关阀和切换阀，确保测压点一一对应。
②系统要排净气体使液体连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净，
检验的方法是当流量为零时，观察U形压差计的两液面是否水平。
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取10组数据。测定突然扩大管、球阀和
截止阀的局部阻力时，各取3组数据。本次实验层流管不做测定。
④测完一根管数据后，应将流量调节阀关闭，观察压差计的两液面是否
水平，水平时才能更换另一条管路，否则全部数据无效。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、数据处理
（1）、原始数据
水温：24.3℃
密度：1000kg/m³
粘度：μ=1.3053
⨯
10-
1）、不锈钢管d=21mm l=1.50m
2）、镀锌钢管d=21.5mm l=1.50m
3）、突然扩大d1=15.5mm l1=140mm d2=42.0mm l2=280mm
4）、层流管 d=2.9mm l=1.00m
2、数据处理
1）不锈钢管，镀锌管以及层流管的雷诺数和摩擦阻力系数用以下公式计算
雷诺数 du Re ρ
μ
=
2
2
f p
l u h d λρ∆==⨯
式中
f h ——直管阻力，J/k
g ；
l ——被测管长，m ； d ——被测管内径，m ；
u ——平均流速，m/s ；
λ——摩擦阻力系数。
2）突然扩大管的雷诺数及摩擦阻力系数由以下公式计算
雷诺数 du Re ρ
μ
=
摩擦阻力系数
3、数据处理结果如下表所示
直管阻力数据处理记录表
