实验一 流体流动阻力测定实验

4.1流体流动阻力测定实验

一、实验目的

1.学习直管摩擦阻力（乃、直管摩擦系数％的测定方法。

2.掌握直管摩擦系数4与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。

3.掌握局部阻力的测量方法。

4.学习压强差的几种测最方法和技巧。

5,掌握双对数坐标系的使用方法。

二、实验内容

1.测定实验管路（光滑管和粗糙管）内流体流动的阻力和直管摩擦系数九

2.测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数2与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系曲

线。

3.在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数。

三、实验原理

1.直管摩擦系数2与雷诺数Re的测定

流体在管道内流动时，由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力。流体在直管内

流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有美，它们之间存在如下美系；

%""2

hf=—'—=2-----（4-1）

Pd2

、2d平/、

X=--------；（4-2）

p，lu2

dU'p,八、

Rc=--------（4-3）

式中：d—管径，m；

AP,一直管阻力引起的压强降，Pa：

/一管长，m；

〃一流速，m/s；

「一流体的密度，kg/n?；

〃一流体的粘度，N-s/m2o

直管摩擦系数人与雷诺数Re之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。在实验

装置中，直管段管长/和管径小都已固定。若水温一定，则水的密度P和粘度U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（1-2）可计算出不同流速下的直管摩擦系数入，用式（1-3）计算对•

应的Re,从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的美系，绘出入与Re的关系曲线。

2.局部阻力系数，的测定

△P

(4-4)

P

[p)

(4-5)

式中：4一局部阻力系数，无因次；

△P；、一局部阻力引起的压强降，Pa：

/△耳,ab△Pf,becb?△4,b，a，_,

IIIIIIIIIIII

abcc，b'技

/“一局部阻力引起的能量损失，J/kg。

图4-1局部阻力测量取压口布置图

局部阻力引起的压强降AP/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a㈤和b-b)见图4-1,使

ab=bc；a‘b'=b'cf

则△Pf.ab=APf,be；APf.a'b'=△Pf.b，c，

在2~2’之间列方程式：Pa-Pa'=2APf.ab+2APf.a'b+APf(4-6)

在卜卜之间列方程式：Pb—Py=APf.bc+APf.b,c-+APf

=△Pf.ab+△Pf.a*b,+△Pf

(4-7)

联立式(1・6)和(1・7),则：

△Pf=2(Pb-Pb)-(P：-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

1.本实验共有四套装置，实验装置用图4-2所示的实验装置流程图。每套装置中被测光

滑直管段为管内径d=8mm,管长L=1.6m的不锈钢管；被测粗糙直管段为管内径d=IOn】m,

管长L=1.6m的不锈钢管；被测局部阻力宜管段为管内径d=l2mm,管长L=1.2m的不锈钢

管

2.流量测量：在图1-2中由大小两个转子流量计测量。

3.直管段压强降的测量：差压变送器或倒置U形管直接测取压差值。

7

图4・2流体流动阻力测定实验装置流程图

⑴一大流量调节阀：⑵一大流量转子流量计：⑶一光滑管调节阀；⑷一粗糙管调节阀：⑸一光滑管；⑹一

粗糙管；（7）一局部阻力阀；（8）一离心泵；（9）一排水阀；（助倒U管⑪⑴尸一近端测压点；。加力一远端测压点；

（⑶⑬，一切断阀；（⑷（1犷一放空阀；⑮（1犷一光滑管压差：（啾⑻一粗糙管压差：⑰一数字电压表；⑱一旦差变

送器

五、实验方法

1.按下电源通电预热数字显示仪表10〜15分钟，记录各差压数字表的初始值，关闭流

量调节阀，按一下离心泵为绿色按钮启动离心泵。

2.在进行光滑管阻力测定之前，应先检查导压系统内有无气泡存在。

当流量为0时，打开⑬歌两阀门，若空气一水倒置U型管内两液柱的高度差不为0,则

说明系统内有气泡存在，需赶净气泡方可测取数据。

赶气泡的方法：将流量调至较大，排出导压管内的气泡，直至排净为止；关闭⑬⑬•两阀

门，打开（啾⑻两阀门，慢慢旋开倒置U形管上部的放空阀，使液柱降至零点上下时马上关

闭，使管内形成气一水柱，此时管内液柱高度差应为零。

3.光滑管阻力测定：

小流量时用倒置.U形管压差计测量，大流量时用差压数字表测量。应在最大流量和最小

流量之间进行实验，一般则取12〜15组数据，建议流量读数在40L/h之内，不少于4个

点，以便得到滞流状态卜.的人一Re关系。在能用倒置L形管测压差时，尽量不用差压数字

表测压差。

4.粗糙管阻力测定：

关闭光滑管调节阀⑶，打开粗糙管调节阀⑷。流量大于18（）l/h时，选择用差压数字表

测量压差：流量小于1801/h时，选择用倒置U形管压差计测量压差。从小流量到最大流量，

一般测取10~15组数据。

5.局部阻力测量：

表4-1、直管阻力实验数据表（光滑直管内径8mm、管长1.60米）设备编号：

水温t=℃；口=cP；P=kg/m3

序R

号

Q(1/h)(kPa)(mmH2o)△P(Pa)u(m/s)ReX

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

层流流动中阻力系数X与雷诺准数的关系为：

表4-2、直管阻力实验数据表（粗糙直管内径10.0mm、管长1.6表米）

序R

号Q(l/h)(kPa)(mmFhO)