沿程阻力系数测定-实验报告

流体流动阻力的测定实验报告一、实验目的1、掌握测定流体流经直管和管件时阻力损失的实验方法。

2、了解摩擦系数λ与雷诺数 Re 之间的关系。

3、学习压强差的测量方法，掌握 U 形管压差计和倒 U 形管压差计的使用。

4、熟悉实验装置的结构和操作流程。

二、实验原理流体在管内流动时，由于内摩擦力的存在会产生阻力损失。

阻力损失包括沿程阻力损失和局部阻力损失。

沿程阻力损失是由于流体在直管中流动时，流体层之间的内摩擦力以及流体与管壁之间的摩擦力所引起的能量损失。

其计算公式为：＄h_f ＝＼lambda ＼frac{l}｛d} ＼frac{u^2}｛2}＄，其中$h_f$为沿程阻力损失，＄＼lambda$为摩擦系数，＄l$为直管长度，＄d$为管道内径，＄u$为流体流速。

摩擦系数$＼lambda$与雷诺数 Re 有关，雷诺数$Re ＝＼frac{du\rho}｛＼mu}＄，其中$＼rho$为流体密度，＄＼mu$为流体粘度。

在层流区，＄＼lambda ＝＼frac{64}｛Re}＄；在湍流区，＄＼lambda$与 Re 及相对粗糙度$＼frac{＼varepsilon}｛d}＄有关，可通过实验测定。

局部阻力损失是由于流体流经管件（如弯头、三通、阀门等）时，由于流道的突然改变而引起的能量损失。

其计算公式为：＄h_j ＝＼xi ＼frac{u^2}｛2}＄，其中$h_j$为局部阻力损失，＄＼xi$为局部阻力系数。

三、实验装置本实验装置主要由水箱、离心泵、不同管径的直管、各种管件（弯头、阀门等）、U 形管压差计、倒 U 形管压差计、温度计、流量计等组成。

水箱用于储存实验流体，离心泵提供流体流动的动力。

直管和管件用于产生沿程阻力和局部阻力。

U 形管压差计和倒 U 形管压差计用于测量流体流经直管和管件前后的压强差。

温度计用于测量流体温度，流量计用于测量流体流量。

四、实验步骤1、熟悉实验装置，了解各设备的名称、用途和操作方法。

2、检查装置各连接处是否密封良好，确保无泄漏。

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 。

沿程阻力损失实验1．本实验中，沿程阻力损失就是压差计的压差，如果管道有一定的倾角，压差计的压差是否还是沿程阻力损失？为什么？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 =，∑=0j h ，由能量方程可得⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-γγ221121p Z p Z h f 111222216.136.13H H h h H h h H p p +∆-∆-∆+∆+∆-∆+-=γγ 112226.126.12H 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．根据实测m 值判断本实验的流区。

f h lg ～v lg 曲线的斜率m=1.0～1.8，即f h 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．管道的当量粗糙度如何测得？当量粗糙度的测量可用实验的方法测定λ及e R 的值，然后用下式求解：（1）考尔布鲁克公式⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆-=λλe R d 51.27.3lg 21莫迪图即是本式的图解。

（2）S ．J 公式()[]29.074.57.ln 325.1e R d +∆=λ（3）Barr 公式 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆-=89.01286.57.3lg 21e R d λ 其中（3）式精度最高。

在反求d ∆时，（2）式开方应取负号。

也可直接由λ～e R 关系在莫迪图上查得d∆，进而得出当量粗糙度∆值。

4．实验工程中的钢管中的流动，大多为光滑紊流或紊流过渡区，而水电站泄洪洞的流动，大多数为紊流阻力平方区，其原因何在？钢管的当量粗糙度一般为0.2mm ，常温下，s cm /01.02=ν，经济流速s cm /300，若实用管径D=（20～100）cm ，其5106⨯=e R ～6103⨯，相应的d∆=0.0002～0.001，由莫迪图可知，流动均处在过渡区。

江苏大学实验报告班级：食品1001 姓名：倪婉学号：3100901008实验：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ζ。

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，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地会引起压强损耗。

这种损耗包括流体流经直管的沿程阻力以及流体流动方向的改变或因管子大小、形状的改变所引起的局部阻力。

1、沿程阻力流体在水平均匀管道稳定流动时，由截面1到截面2，阻力损失表现为压强降低：ρ21pp hf -=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：),,,,,(ερμu l d f p =∆组合成如下的无因次式：;2),();,,(22udR dl pdd l du upe ⋅⋅=∆=⋅∆εϕρεμρϕρ引入：),(dR e εϕλ=则上式变为：22udl ph f ⋅=∆=λρ上式中：λ称为直管摩擦系数，滞流时eR 64=λ，；湍流时，λ与R e 的关系受管壁粗糙度的影响，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，可直接由所测得的液柱压差计读数R(m)算出：gR p )(水指ρρ-=∆其中：指ρ——压差计中指示剂的密度)(3-⋅mKg 。

本实验中以水银作指示剂，另一流体为水。

2、局部阻力局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。

1）当量长度法当量长度用l e 表示，流体在管路中流动时总阻力损失∑fh 为：2)(2udl 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ph 表示：22uh p ⋅=ξ式中，ξ：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)。