第二篇：流动阻力实验报告
实验7 流体阻力测定实验
一、实验目的
⒈ 学习直管摩擦阻力△Pf、直管摩擦系数l的测定方法；
⒉ 掌握直管摩擦系数l与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系及其变化规律；
⒊ 掌握局部阻力的测量方法；
⒋ 学习压强差的几种测量方法和技巧；
⒌ 掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。
二、实验内容
⒈ 测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数l与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系曲线；
⒉ 在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数；
⒊ 在对数坐标纸上标绘光滑管和粗糙管的l-Re关系曲线。
三、实验原理
⒈ 直管摩擦系数l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
，对一定的相对粗糙度而言，
。
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：
（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）
（1-2）
整理（1-1）（1-2）两式得
（1-3）
（1-4）
式中：
管径，m ；
直管阻力引起的压强降，Pa；
管长，m；
流速，m / s；
流体的密度，kg / m3；
流体的粘度，N·s / m2。
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△Pf与流速u（流量V）之间的关系。
根据实验数据和式（1-3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（1-4）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。
⒉ 局部阻力系数
的测定
（1-5）
（1-6）
式中：
局部阻力系数，无因次；
局部阻力引起的压强降，Pa；
局部阻力引起的能量损失，J／kg。
图1-1 局部阻力测量取压口布置图
局部阻力引起的压强降
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1-1，使
ab＝bc ； a＇b＇＝b＇c＇
则 △Pf，a b ＝△Pf，bc ； △Pf，a＇b＇= △Pf，b＇c＇
在a~a＇之间列柏努利方程式： Pa－Pa＇=2△Pf，a b+2△Pf，a＇b＇+△P＇f （1-7）
在b~b＇之间列柏努利方程式： Pb－Pb＇ = △Pf，bc+△Pf，b＇c＇+△P＇f
= △Pf，a b+△Pf，a＇b＇+△P＇f （1-8）
联立式（1-7）和（1-8），则：
＝2(Pb－Pb＇)－(Pa－Pa＇)
为了实验方便，称（Pb－Pb＇）为近点压差，称（Pa－Pa＇）为远点压差。用差压传感器来测量。
四、实验装置
⒈ 实验流程示意图 如图1-2所示
图1-2 流动阻力实验流程示意图
请写出流程图上每个数字标注的名称
1 ；2 ；3 ；4 ；5 ；6 ；7 ；8 ；9 ；10 ；
11 ；12 ；13 ；14 ；15 ；16 ；17 ；18 ；19 ；20 ；21 ；22 ；23 ；24 ；25 ；26
⒉ 实验装置中主要仪器仪表技术参数
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
五、实验方法
⒈ 向储水槽内注满水（有条件最好用蒸馏水，以保持流体清洁）。
2.接通电源，差压变速器预热约15分钟后，调整好数字仪表的零点，按变频器上的启动按钮，启动离心泵。
⒊ 光滑管阻力测定：
⑴ 关闭粗糙管阀10、粗糙管测压进水阀13、粗糙管测压回水阀15，将光滑管阀11全开。
⑵ 在流量为零条件下，打开光滑管测压进水阀17和回水阀16，旋开倒置U型管进水阀18和出水阀20，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U型管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡，需要进行赶气泡操作。操作方法如下：
开大流量，使倒置U型管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，将流量阀关闭；慢慢旋开倒置U型管上部的放空阀26，打开阀19，使液柱降至零点上下时马上关闭，管内形成气-水柱，此时管内液柱高度差应为零。然后关闭放空阀26。
⑶ 该装置两个转子流量计并联连接，根据流量大小选择不同量程的流量计测量流量。
⑷ 差压变速器与倒置U型管也是并联连接，用于测量直管段的压差，小流量时用倒置∪型管压差计测量，大流量时用差压变速器测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验，一般测取15～20组数据，建议当流量小于300L／h时,只用倒置∪型管来测量压差。
3．粗糙管阻力测定：
关闭阀11、光滑管测压进水阀17、光滑管测压回水阀16，全开阀10，旋开粗糙管测压进水阀13、粗糙管测压回水阀15，逐渐调大流量调节阀，赶出导压管内气泡。
⑵ 从小流量到最大流量，一般测取15~20组数据。
⑶ 直管段的压差用差压数字表第3路测量。
⑷ 截止阀⒇局部阻力测量：在最大流量时，读取差压数字表第6、7路压差数据。
4．局部阻力测定
关闭阀门10和11，全开或半开阀门12，改变流量，用差压变送器测量远点、近点压差。
5．测取水箱水温。
⒍ 待数据测量完毕,关闭流量调节阀，停泵。
六、注意事项
⒈ 直流数字表操作方法请仔细阅读说明书后，方可使用。
⒉ 启动离心泵之前，以及从光滑管阻力测量过渡到其它测量之前，都必须检查所有流量调节阀是否关闭。
⒊ 用差压数字表测量大流量下压差时，必须关闭通倒置U形管的阀门18、20，防止形成并联管路。
⒋ 在实验过程中，每调节一个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。
⒌ 倘若较长时间内不做实验，放掉系统内及储水槽内的水。
⒍ 较长时间未做实验，启动离心泵之前，应先盘轴转动，否则易烧坏电机。
七、数据表
表1 直管阻力实验数据表
表2 粗糙管阻力实验数据表
表3 局部阻力实验数据表
八、计算举例
⒈ 光滑管的第 组数据（取小流量数据，压差是用倒U管测得）
Q = 
=
⑴ 直管内流速
的计算
⑵ 
的计算
⑶ 
的计算
⑷ 
的计算
⒉ 粗糙管的第 组数据（取大流量数据，压差是用传感器测得）
Q = =
⑴ 直管内流速的计算
⑵ 的计算
⑶ 的计算
⑷ 的计算
⒊ 局部阻力的第 组数据
Q = 
= 
=
⑴ 直管内流速的计算
⑵ 
的计算
⑶ 局部阻力系数
的计算
九、
曲线图（见坐标纸）
十、实验结果分析
⒈ 摩擦系数是 和 的函数。
⒉ 直管摩擦阻力系数随雷诺数的变化规律因 不同而不同。
⒊ 本实验中用水为工作介质，做出的曲线，对其它流体是否适用？为什么？
