工程流体力学 沿程阻力实验

中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告

实验日期：_一成绩:

班级：_学号:______姓名:教师：

同组者:

实验七、沿程阻力实验

一、实验目的

1.掌握测定镀锌铁管管道沿程阻力系数的方法。

2.在双对数坐标纸上绘制入-Re关系曲线。

3.进一步理解沿程阻力系数随雷诺数的变化规律。

二、实验装置

本实验采用管流实验装置中的第1根管路，即实验装置中最细的管路。在测

量较大压差时，采用两用式压差计中的汞-水压差计；压差较小时换用水-气压差

计。

另外，还需要的测量工具有量水箱、量筒、秒表、温度计、水的粘温表。

上水君浅

电压水箱

0

讨量水箱

/V13

排水省谀

地下水泡

F1------文丘利流量计；F2--------孔板流量计；F3---------电磁流量计；

C——量水箱阀门；K——局部阻力试验管路

图7T管流综合实验装置流程图

三、实验原理

本实验所用的管路水平放置且等直径，因此利用能量方程可以推导出管路两

点间的沿程水力损失计算公式为：

LV2

h=A(1-7-1)

fD2g

式中人一一沿程阻力系数；

L——实验管段两端面之间的距离，明

D——实验管内径，m；

g——重力加速度(g=9.8m/s2)；

v——管内平均流速，m/s；

h,一一沿程水头损失(由压差计测定)，mo

由式可以得到沿程阻力系数人的表达式:

Dh

*2gz•至t(1-7-2)

沿程阻力系数人在层流时只与宙诺数有美，在紊流时与宙诺数、管壁粗能度

都有关。

当实验管路粗糙度保持不变时，可以得到该管的人-Re关系曲线。

四、实验要求

1.有关常数实验装置编号：No.4

管路直径：〃二：.58义10,m；水的温度：7=18.0℃；

水的密度：°二998.62kg/m：i；动力粘度系数：ju=1.0559X10’Pa-s；

运动粘度系数：》=1.0574X106in7s；两测点之间的距离:占5m

2.实验数据记录及处理见表7-1和表7-2。

表7-1沿程阻力实验数据记录表

流量汞-水压差计水-气压差计

次44%

%Vh2

数t/s

/(106m；)

/(IO2m)/(102m)/(IO2m)/(102m)/(102m)/(lO'm)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

表7-2沿程阻力实验数据处理表

A/?

QV

次

/(102n)ARe

数/(10'ni/s)/(IO2m)

/(106m3/s)/(10'm)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

以其中一组数据写出计算实例。

以第一组数据为例：

流量Q=A(九一砥)〃=400x|()Yx(50.5-12.2)xIO-2/36.22=422.971x10-6/?t3/5

由。=A»,则管内平均流速为

422.97lxIO-6

Q_Q=215.728x10^7??/5

v=A~.4/4―(I.58X10-2)2.万处

2

汞-7K压差计压差M=/?2-/?]=95.6-26.2=69.4x10-m

沿程水头损如r=(13.6-1)A/?=(13.6-l)x69.4xlO2=874.44x10~2m

、九工口始心多将]oDhfOno1.58XlO-2874.44X10",

沿程阻力系姒=2g-------y=2x9.8x--------------x---------------------=n0.11i6r4i

Lv25(215.728xKF2)2

雷诺数He=上1.58xlQ-2x215.728xlO-2

=32234.7

v1.0574xl0-6

3.在双对数坐标纸上绘制&的关系曲线。

五、实验步骤

1.阀门VI完全打开。一般情况下VI是开着的，检查是否开着最大即可。

2.打开阀门V10排气，排气完毕后将阀门关闭。

3.打开实验管路左、右测点及压差计上方的球形阀，检查压差计左右液面是

否齐平。若不齐平。须排气（为防止汞发生外泄，排气时应在教师的指导下进行）。

4.用打气筒将水-气压差计的液面打到中部，关闭压差计上、下方的三个球

形阀，将阀门VII完全打开。待水流稳定后，记录压差计读数，同时用体积法测

流量（当压差为5~7c用汞柱时，打开压差计下方的两个球形阀，由汞-水压差计

换用水-气压差计来读压差）。

5.逐次关小阀门VII,记录17组不同的压差及流量。

6.用量筒从实验管路中接足量的水，放入温度计5min后读出水的温度，查

《水的密度和粘度表》得到动力系数uo

7.实验完毕后，依次关闭阀门VII及实验管路左、右两测点的球形阀，并打

开两用式压差计上部的球形阀。

六、注意事项

1.本实验要求从大流量开始做（注意一定要乃阀门VII完全打开），然后逐

渐调小流量，且在实验过程中阀门VII不能逆转。

2.实验点分配要求尽量合理，在记录压差和流量时，数据要一一对应。

3.使用量筒、温度计等仪器设备时，一定要注意安全。

4.做完实验后，将量筒、温度计放回原处，将秒表交回。

七、问题分析

1.如将实验管安装成倾斜的，比压计中的读数差是不是沿程水头损失］?

答：比压计中的读数差仍是沿程水头损失，因为由比压计两测量点的能量方

程有：%=（4+包+工）_（〃+"+手），由于管路是等直径的，则：

%=G+邑）-0+上），即沿程水头损失等于测压管的水头差，而比压计的读

y7

数差即为测压管的水头差，所以不论实验管安装成水平的还是倾斜的，比压计的

读数差都是沿程水头损失。

2.随着管路使用年限的增加，义-友关系曲线会有什么样的变化？

答：随着管路使用年限的增加，内管壁的粗糙度也会增加，由于沿程阻力系

数在层流时只与雷诺数有关，则丸一根关系曲线在层流段变化不大；在紊流段由

于管壁粗糙度的增加，沿程水头损失会相应的增加，由式（1-7-2）知沿程阻力

系数进