实验一 流体流动阻力实验
一、实验目的
1、学习直管摩擦阻力f P ∆、直管摩擦系数λ的实验方法；
2、掌握不同流量下摩擦系数λ与雷诺数Re 之间的关系及其变化规律；
3、学习局部阻力的测定方法；
4、学习压强差的几种测量方法和技巧；
5、掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。
二、实验原理
1． 直管摩擦系数λ与雷诺数Re 的测定
直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即)/(Re,d f ελ=，对一定的相对粗糙度而言，(Re)f =λ。
流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为： ρ
ρf
f P P P h ∆=-=
2
1 （1）
又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式）
2
2
u d l P h f
f λρ=∆= （2）
整理（1）（2）两式得
22u P l d f
∆⋅⋅=
ρλ （3） μ
ρ
⋅⋅=
u d Re （4）
式中：-d 管径，m ；
-∆f P 直管阻力引起的压强降，Pa ； -l 管长，m ； -u 流速，m / s ；
-ρ流体的密度，kg / m 3；
-μ流体的粘度，N ·s / m 2。
在实验装置中，直管段管长l 和管径d 都已固定。若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降
f P ∆与流速u （流量V ）之间的关系。
测得一系列流量下的f P ∆后，根据实验数据和式（3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ；用式（4）计算对应的Re ，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re 的关系曲线。
2. 局部阻力系数ζ的测定
2
2
'u P h f
f ζρ
=∆=
' （5） 2'2u P f
∆⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ρζ （6）
式中：-ζ局部阻力系数，无因次； -∆'f P 局部阻力引起的压强降，Pa ；
-'f h 局部阻力引起的能量损失，J ／kg 。
图3 局部阻力测量取压口布置图
局部阻力引起的压强降'f P ∆ 可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口a -a’和b -b ＇，见图3，使
ab ＝bc ； a ＇b ＇＝b ＇c ＇ 则 △P f ，a b ＝△P f ，bc ； △P f ，a ＇b ＇= △P f ，b ＇c ＇
在a~a ＇之间列柏努利方程式：
P a －P a ＇ =2△P f ，a b +2△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f （7）
在b~b ＇之间列柏努利方程式：
P b －P b ＇ = △P f ，bc +△P f ，b ＇c ＇+△P ＇f
= △P f ，a b +△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f （8） 联立式（7）和（8），则：
'f P ＝2（P b －P b ＇）－（P a －P a ＇）
为了实验方便，称（P b －P b ＇）为近点压差，称（P a －P a ＇）为远点压差。用差压传感器来测量。
三、实验装置 1. 设备的主要技术数据:
(1) 被测光滑直管段： 管径d —0.008m ； 管长L —1.698m ； 材料—不锈钢管
被测粗糙直管段： 管径 d —0.010m ； 管长L —1.698m ； 材料—不锈钢管
(2) 被测局部阻力直管段: 管径 d —0.015m ；管长 L —1.2m ； 材料—不锈钢管
(3) 压力传感器:
型号:LXWY 测量范围: 200 KPa (4) 直流数字电压表:
型号: PZ139 测量范围: 0 ～ 200 KPa (5) 离心泵:
型号: WB70/055 流量: 8(m3／h) 扬程: 12(m) 电机功率: 550(W)
(6) 玻璃转子流量计:
型号 测量范围 精度 LZB —40 100～1000(L ／h) 1.5 LZB —10 10～100(L ／h) 2.5
(7) 涡轮流量计：
型号：LWY-15 测量范围：0 ～ 6 m3/h
2. 实验流程示意图
实验流程示意图见图1。
水泵2将储水槽1中的水抽出，送入实验系统，首先经玻璃转子流量计15、16测量流量，然后送入被测直管段测量流体在光滑管或粗糙管的流动阻力，或经10测量局部阻力后回到储水槽，水循环使用。被测直管段流体流动阻力△p 可根据其数值大小分别采用变送器12或空气-水倒置∪型管22来测量。
图1 流动阻力实验流程示意图
1-水箱；2-离心泵；3、4-放水阀；5、13-缓冲罐；6-局部阻力近端测压阀；7、15-局部阻力远端测压阀；8、20-粗糙管测压回水阀；9、19-光滑管测压阀；10-局部阻力管阀；11-U型管进水阀；12-压力传感器；14-流量调节阀； 15、16-水转子流量计；17-光滑管阀；18-粗糙管阀；21-倒置U型管放空阀；22-倒置U型管；23-水箱放水阀；24-放水阀；25-涡轮流量计；
四、实验方法与步骤
⒈向储水槽内注水，直到水满为止。(有条件最好用蒸馏水，以保持流体清
洁)
⒉直流数字表的使用方法请详细阅读使用说明书。
⒊大流量状态下的压差测量系统，应先接电预热10～15分钟，纪录数字表
的初始值，然后启动泵进行实验。
