Chapter 1[1].4 流体流动中的阻力损失

实验一流体流动阻力的测定

实验一流体流动阻力的测定 1.进行测试系统的排气工作时，是否应关闭系统的出口阀门？为什么？ 答：在进行测试系统的排气时，不应关闭系统的出口阀门，因为出口阀门是排气的通道，若关闭，将无法排气，启动离心泵后会发生气缚现象，无法输送液体。 2.如何检验系统内的空气已被排除干净？ 答：可通过观察离心泵进口处的真空表和出口处压力表的读数，在开机前若真空表和压力表的读 数均为零，表明系统内的空气已排干净；若开机后真空表和压力表的读数为零，则表明，系统内 的空气没排干净。 3.在U形压差计上装设“平衡阀”有何作用？在什么情况下它是开着的，又在什么情况下它应该 关闭的？ 答：用来改变流经阀门的流动阻力以达到调节流量的目的，其作用对象是系统的阻力，平衡阀能 够将新的水量按照设计计算的比例平衡分配，各支路同时按比例增减，仍然满足当前气候需要下 的部份负荷的流量需求，起到平衡的作用。平衡阀在投运时是打开的，正常运行时是关闭的。 4.U行压差计的零位应如何校正？ 答：打开平衡阀，关闭二个截止阀，即可U行压差计进行零点校验。 5.为什么本实验数据须在对数坐标纸上进行标绘？ 答：为对数可以把乘、除因变成加、减，用对数坐标既可以把大数变成小数，又可以把小数扩大 取值范围，使坐标点更为集中清晰，作出来的图一目了然。 6.本实验中掌握了哪些测试流量、压强的方法，它们有什么特点？ 答：测流量用转子流量计、测压强用U 形管压差计，差压变送器。转子流量计，随流量的大小，转子可以上、下浮动。U形管压差计结 构简单，使用方便、经济。差压变送器，将压差转换成直流电流，直流电流由毫安表读得，再由 已知的压差~电流回归式算出相应的压差，可测大流量下的压强差。 7.是否要关闭流程尾部的流量调节 答：不能关闭 流体阻力的测定主要根据压头来确定；尾部的流量调解阀；起的作用是调解出流量；由于测 试管道管径恒定；根据出流量可以确定管道内流体流速；而流速不同所测得的阻力值是不同的； 这个在水力计算速查表中也有反映出的。你在实际测试的时候是要打开流量调解阀的；肯定在尾

流体力学讲义 第六章 流动阻力及能量损失2

第六章流动阻力及能量损失 本章主要研究恒定流动时，流动阻力和水头损失的规律。对于粘性流体的两种流态——层流与紊流，通常可用下临界雷诺数来判别，它在管道与渠道内流动的阻力规律和水头损失的计算方法是不同的。对于流速，圆管层流为旋转抛物面分布，而圆管紊流的粘性底层为线性分布，紊流核心区为对数规律分布或指数规律分布。对于水头损失的计算，层流不用分区，而紊流通常需分为水力光滑管区、水力粗糙管区及过渡区来考虑。本章最后还阐述了有关的边界层、绕流阻力及紊流扩散等概念。 第一节流态判别 一、两种流态的运动特征 1883年英国物理学家雷诺（Reynolds O.）通过试验观察到液体中存在层流和紊流两种流态。 1.层流 层流（laminar flow），亦称片流：是指流体质点不相互混杂，流体作有序的成层流动。 特点：（1）有序性。水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直线运动。 （2）粘性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。 （3）能量损失与流速的一次方成正比。 （4）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。 2.紊流 紊流（turbulent flow），亦称湍流：是指局部速度、压力等力学量在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动。 特点：（1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。 流体质点不再成层流动，而是呈现不规则紊动，流层间质点相互混掺，为无序的随机运动。 （2）紊流受粘性和紊动的共同作用。 （3）水头损失与流速的1.75~2次方成正比。 （4）在流速较大且雷诺数较大时发生。 二、雷诺实验 如图6-1所示，实验曲线分为三部分： （1）ab段：当υ<υc时，流动为稳定的层流。 （2）ef段：当υ>υ''时，流动只能是紊流。 （3）be段：当υc<υ<υ''时，流动可能是层流（bc段），也可能是紊流（bde段），取决于水流的原来状态。 图6-1图6-2

流体流动阻力实验

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 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 2 2u 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 ＇

实验一流体流动阻力的测定

实验一 流体流动阻力的测定 一、实验目的 1、学习直管摩擦阻力ΔP f ，直管摩擦系数λ的测定方法 2、掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re 之间关系的测定方法及其变化规律 3、学会压差变送器和流量计的安装及使用方法。 4、识别组成管路中各个管件，阀门并了解其作用。 二、 实验内容 1、测定水在不同流量下，流过一段等直径水平管的流动阻力和直管摩擦系数。 2、测定不同流量下，流体经阀门或90°弯管时的流动阻力系数，检查数据的重复性。 三、基本原理 由于流体粘性的存在，流体在流动的过程中会发生流体间的摩擦，从而导致阻力损失。层流时阻力损失的计算式是由理论推导得到的；湍流时由于情况复杂得多，未能得出理论式，但可以通过实验研究，获得经验的计算式。其研究的基本步骤如下： ①寻找影响过程的主要因素 对所研究的过程作初步的实验和经验的归纳，尽可能地列出影响过程的主要因素。对湍流时直管阻力损失h f 与诸多影响因素的关系式应为： h f =f(d,u,ρ,μ,l ,ε) (1) ②、因次分析法规划实验 当一个过程受多个变量影响时，通常用网络法通过实验以寻找自变量与因变量的关系，以（1）式为例，若每个自变量的数值变化10次，测取h f 的值而其他自变量保持不变，6个自变量，实验次数将达106 。为了减少实验工作量，需要在实验前进行规划，以尽可能减少实验次数。因次分析法是通过将变量组合成无因次数群，从而减少实验自变量的个数，大幅度地减少实验次数。 通过因次分析法可以将对（1）式的研究转变成对以下（2）式的4个无因次数之间的关系的研究。 即： ),,( '2 d d l du f u h f ε μρ= （2） 其中，若实验设备已定，那么以上（2）式可写为： 2 ),(2 u d l d du f h f ??=εμρ （3） 若实验设备是水平直管，以上（3）式可写为：

流动阻力和能量损失

流动阻力和能量损失 1.如图所示： （1）绘制水头线；（2）若关小上游阀门A，各段水头线如何变化？若关小下游阀门B，各段水头线又如何变化？（3）若分别关小或开大阀门A和B，对固定断面1-1的压强产生什么影响？ 解：（1）如图所示 （2）A点关小阀门，使A点局部阻力加大（A点总水头线下降更多）但由于整个管道流量减小，使整个管道除A点外损失减小，即B点局部阻力减小（B点总水头线下降，但没有原来多）各管道沿程阻力减小（总水头线坡长减小），速度水头减小（测压管水头线与总水头线之间距离减小） 同理可以讨论B点阀门关小的性质

（3）由于1—1断面在A 点的下游，又由于A 点以下测压管水头线不变，所以开大或者关小阀门对1—1断面的压强不受影响。对B 点，关小闸门，B 点以上测压管水头线上移，使1—1断面压强变大，反之亦然 2.用直径mm d 100=的管道，输送流量为s kg /10的水，如水温为5℃，试确定管内水的流态。如用这样管道输送同样质量流量的石油，已知石油密度 3 850m kg =ρ，运动粘滞系数 s cm 214.1=υ，试确定石油的流态。 解：（1）5℃时，水的运动粘滞系数s m 2 610519.1-?=υ Av Q Q ρρ==，v = () 2 31.04 10110 ?? ?π 20008386310519.1)1.0(4 1011 .010Re 6 23>=???? ??== -π υ vd 故为紊流 （2） 200013141014.1)1.0(4 8501 .010Re 4 2<=???? ?= -π 故为层流 3.有一圆形风道，管径为300mm ，输送的空气温度20℃，求气流保持层流时的最大质量流量。若输送的空气量为200kg/h ，气流是层流还是紊流？ 解 ：20℃时,空气的运动粘滞系数s m v 26107.15--?= 3205.1m kg =ρ 2000Re == υ vd s m v 105.03 .0107.1520006=??=-

实验一流体流动阻力的测定

. 化学实验教学中心 实验报告 化学测量与计算实验Ⅱ 实验名称：流体流动阻力的测定 学生姓名：学号： 院（系）：年级：级班 指导教师：研究生助教： 实验日期： 2017.05.26 交报告日期： 2017.06.02

一、实验目的 1.学习直管摩擦阻力、直管摩擦系数的测定方法； 2.掌握直管摩擦阻力系数与雷诺数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 化工管路是由直管和各种管阀件组合构成的，流体通过管内流动必定存在阻力。因此，在进行管路设计和流体机械造型时，阻力大小是一个十分重要的参数。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。 1.直管摩擦阻力系数与雷诺数的测定 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关，对水平等径管道，它们之间存在如下关系： （1-1） （1-2） （1-3） 式中，为直管阻力引起的压头损失，；为管径，；为直管阻力引起的压强降，； 为管长，；为流速，；为流体密度，；为流体的粘度，。 直管摩擦阻力系数与雷诺数之间的关系，一般可以用曲线来表示。在实验装置中，直管段长度与管径都已经固定。若水温一定，则水的密度和粘度也是定值。所以本实验实质上是测定直 管段流体阻力引起的压强降与流速（流量V）之间的关系。根据实验数据以及式（1-2）可以计算出不同流速下的直管摩擦系数，用式（1-3）计算对应的，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出两者的关系曲线。

流体流动阻力的测定

实验名称：流体流动阻力的测定 一、实验目的及任务： 1.掌握测定流体流动阻力实验的一般方法。 2.测定直管的摩擦阻力系数及突然扩大管的局部阻力系数。 3.验证湍流区内摩擦阻力系数为雷诺数和相对粗糙度的函数。 4.将所得光滑管的方程与Blasius方程相比较。 二、实验原理： 流体输送的管路由直管和阀门、弯头、流量计等部件组成。由于粘性和涡流作用，流体在输送过程中会有机械能损失。这些能量损失包括流体流经直管时的直管阻力和流经管道部件时的局部阻力，统称为流体流动阻力。 1.根据机械能衡算方程，测量不可压缩流体直管或局部的阻力 如果管道无变径，没有外加能量，无论水平或倾斜放置，上式可简化为： Δp为截面1到2之间直管段的虚拟压强差，即单位体积流体的总势能差，通过压差传感器直接测量得到。 2.流体流动阻力与流体性质、流道的几何尺寸以及流动状态有关，可表示为： 由量纲分析可以得到四个无量纲数群： 欧拉数，雷诺数，相对粗糙度和长径比

从而有 取，可得摩擦系数与阻力损失之间的关系： 从而得到实验中摩擦系数的计算式 当流体在管径为d的圆形管中流动时，选取两个截面，用压差传感器测出两个截面的静压差，即可求出流体的流动阻力。根据伯努利方程摩擦系数与静压差的关系，可以求出摩擦系数。改变流速可测得不同Re下的λ，可以求出某一相对粗糙度下的λ-Re关系。 在湍流区内摩擦系数，对于光滑管（水力学光滑），大量实验证明，Re 在氛围内，λ与Re的关系遵循Blasius关系式，即 对于粗糙管，λ与Re的关系以图来表示。 3.对局部阻力，可用局部阻力系数法表示： 对于扩大和缩小的直管，式中的流速按照细管的流速来计算。 对一段突然扩大的圆直管，局部阻力远大于其直管阻力。由忽略直管阻力时的伯努利方程 可以得到局部阻力系数的计算式： 式中，、分别为细管和粗管中的平均流速，为2,1截面的压差。 突然扩大管的理论计算式为：ζ（），、分别为细管和粗管的流通

流体力学_龙天渝_流动阻力和水头损失

第四章流动阻力和水头损失 一、复习思考题 二、习题 1、选择题 2、计算题 一、复习思考题 1．怎样判别粘性流体的两种液态——层流和紊流？ 2．为何不能直接用临界流速作为判别液态（层流和紊流）的标准？3．常温下，水和空气在相同的直径的管道中以相同的速度流动，哪种流体易为紊流？ 4．怎样理解层流和紊流切应力的产生和变化规律不同，而均匀流动方程式 对两种液态都适用？ 5．紊流的瞬时流速、时均流速、脉运流速、断面平均流速有何联系和区别？ 6．何谓粘性底层？它对实际流动有何意义？ 7．紊流不同阻力区（光滑区，过渡区，粗糙区）沿程摩擦阻力系数 的影响因素何不同？ 8．什么是当量粗糙？当量粗糙高度是怎样得到的？ 9．比较圆管层流和紊流水力特点（切应力、流速分布、沿程水头损失、没种摩系数）的差异。 10．造成局部水头损失的主要原因是什么？ 11．什么是边界层？提出边界层概念对水力学研究有何意义？ 12．何谓绕流阻力，怎样计算？ 二、习题 1、选择题 4-1水在垂直管内由上向下流动，测压管水头差h，两断面间沿程水头损失，则： （a）h f=h； （b）h f=h+l； （c）h f=l－h；

（d）h f=l。 4-2圆管流动过流断面上切应力分布为： （a）在过流断面上是常数； （b）管轴处是零，且与半径成正比； （c）管壁处是零，向管轴线性增大； （d）按抛物线分布。 4-3在圆管流中，紊流的断面流速分布符合（）： （a）均匀规律； （b）直线变化规律； （c）抛物线规律； （d）对数曲线规律。 4-4在圆管流中，层流的断面流速分布符合（）： （a）均匀规律； （b）直线变化规律； （c）抛物线规律； （d）对数曲线规律。 4-5半圆形明渠半径r0=4m，水力半径为（）： （a）4m； （b）3m； （c）2m； （d）1m。 4-6变直径管流，细断面直径为d1，粗断面直径d2=2d1，粗细断面雷诺数的关系是（）： （a）Re1=0.5 Re2； （b）Re1= Re2； （c）Re1=1.5 Re2； （d）Re1=2 Re2。

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 ⒈学习直管摩擦阻力△P f 、直管摩擦系数λ的测定方法。 ⒉掌握直管摩擦系数λ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掌握双对数坐标系的使用方法。 二、实验内容 ⒈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λ。 ⒉测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度之间的关系曲线。 ⒊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 ⒈直管摩擦系数λ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关，它们之间存在如下关系： h f = ρf P ?=22 u d l λ （4-1） λ=22u P l d f ???ρ （4-2） Re = μρ??u d （4-3） 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。 直管摩擦系数λ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△P f 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λ，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关系，绘出λ与Re 的关系曲线。 ⒉局部阻力系数ζ的测定 22 'u P h f f ζρ=?=' （4-4）

流体流动阻力的测定实验

流体流动阻力的测定实验 一、实验内容 1.测定流体在特定的材质和ξ/d 的直管中流动时的阻力摩擦系数λ，并确定λ和Re 之间的关系。 2.测定流体通过阀门时的局部阻力系数。 二、实验目的 1．解测定流体流动阻力摩擦系数的工程定义，掌握测定流体阻力的实验组织方法。 2．测定流体流经直管的摩擦阻力和流经管件或阀门的局部阻力，确定直管阻力摩擦系数与雷诺数之间的关系。 3．熟悉压差计和流量计的使用方法。 4．认识组成管路系统的各部件、阀门并了解其作用。 三、实验原理 流体通过由直管和阀门组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。 1.直管阻力 流体流动过程是一个多参数过程，)(ερμ、、、、、u l d f h f =。由因次分析法，从诸多影响流体流动的因素中组合流体流经管件时的阻力损失可用下式表示： ?? ????ξμρ=ρ?d ,du ,d l F u P 2 λ=Ψ（Re ，ε/d ） 雷诺准数μ ρdu e = R ;2 2 u d l P h f ??=?=λρ 只要找出λ、ξ就可计算出流体在管道内流动时的能量损失。 g P Hg )R(ρρ-=?

易知，直管摩擦系数λ仅与Re 和 d ε 有关。因此，只要在实验室规模的装置 上，用水做实验物系，进行试验，确定λ与Re 和 d ε 的关系，然后计算画图即可。 2.局部阻力 局部阻力可以用当量长度法或局部阻力系数法来表示，本实验用局部阻力系数法来表示，即流体通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 来表示，用公式表示： 2 2 u P h f ξρ=?= 一般情况下，由于管件和阀门的材料及加工精度不完全相同，每一制造厂及每一批产品的阻力系数是不尽相同的。 四、实验设计 由 22 u d l h f ??=λ和2 2u h f ξ=知，当实验装置确定后，只要改变管路中流体流速u 及流量V ，测定相应的直管阻力压差ΔP 1和局部阻力压差ΔP 2，就能通过计算得到一系列的λ和ξ的值以及相应的Re 的值， 【原始数据】在实验中，我们要测的原始数据有流量V ，用来计算直管阻力压差ΔP 1和局部阻力压差ΔP 2的U 型压差计的左右两边水银柱高度，流体的温度t （据此确定ρ和μ），还有管路的直径d 和直管长度l 。 【测量点】在直管段两端和局部两端各设一对测压点，分别测定ΔP 1 和ΔP 2 ，还要在管路中配置一个流量和温度测试点。 【测试方法】温度用温度计测定，流量我们用涡轮流量计来测定，则 Ｑ=f/ξ 其中，f 表示涡轮流量计的转子频率，其值由数显仪表显示；ξ为涡轮流量计的仪表系数；Q 为流量，单位L/s 。 五、实验装置流程及说明 主要设备和部件：离心泵，循环水箱，涡轮流量计，阀门，直管及管件，玻

流动阻力和能量损失讲解

流动阻力和能量损失 1.如图所示：（1）绘制水头线；（2）若关小上游阀门A ，各段水头线如何变化？若关小下游阀门B ，各段水头线又如何变化？（3）若分别关小或开大阀门A 和B ，对固定断面1-1的压强产生什么影响？ 解：（1）略 （2）A 点阻力加大，从A 点起，总水头线平行下移。由于流量减少，动能减少，使总水头线与测压管水头线之间的距离减小，即A 点以上，测压管水头线上移。A 点以下，测压管水头线不变，同理讨论关小B 的闸门情况。 （3）由于1—1断面在A 点的下游，又由于A 点以下测压管水头线不变，所以开大或者关小阀门对1—1断面的压强不受影响。对B 点，关小闸门，B 点以上测压管水头线上移，使1—1断面压强变大，反之亦然。 2.用直径mm d 100=的管道，输送流量为s kg /10的水，如水温为5℃，试确定管内水的流态。如用这样管道输送同样质量流量的石油，已知石油密度3850m kg =ρ，运动粘滞系数s cm 214.1=υ，试确定石油的流态。 解：（1）5℃时，水的运动粘滞系数s m 2610519.1-?=υ Av Q Q ρρ==，v =() 231.0410110???π 20008386310519.1)1.0(41011.010Re 62 3>=??????= =-π υvd 故为紊流 （2） 200013141014.1)1.0(48501.010Re 4 2<=?????= - 故为层流 3.有一圆形风道，管径为300mm ，输送的空气温度20℃，求气流保持层流时的最大流量。若输送的空气量为200kg/h ，气流是层流还是紊流？ 解 ：20℃时,空气的运动粘滞系数s m v 26107.15--?= 3205.1m kg =ρ 2000 Re ==υvd s m v 105.03 .0107.1520006 =??=-

实验一 流体流动阻力的测定

实验一 流体流动阻力的测定 一、 实验目的和任务 1.了解流体流过管路系统的阻力损失的测定方法； 2.测定流体流过圆形直管的阻力，确定摩擦系数λ与流体Re 的关系； 3.测定流体流过管件的阻力，局部阻力系数ξ； 4.学会压差计和流量计的使用方法； 5.识别管路中各个管件、阀门，并了解其作用； 二、实验原理 流体的流动性，即流体内部质点之间产生相对位移。真实流体质点的相对运动表现出剪切力，又称内摩擦力，流体的粘性是流动产生阻力的内在原因。流体与管壁面的摩擦亦产生摩擦阻力，统称为沿程阻力。此外，流体在管内流动时，还要受到管件、阀门等局部阻碍而增加的流动阻力，称为局部阻力。因此，研究流体流动阻力的大小是十分重要的。 2.1 直管摩擦系数λ测定 流体在管道内流动时，由于流体粘性作用和涡流的影响产生阻力。阻力表现为流体的能量损失，其大小与管长、管径、流体流速等有关。流体流过直管的阻力计算公式，常用以下各种形式表示： )2( 2g u d L H 2 f λ＝ 或 )3( 2 L P P P 2 21f u d ρλ ＝－＝－? 式中h f ——以能量损失表示的阻力，J ／kg ； H f ——以压头损失表示的阻力，m 液柱； △P f ——以压降表示的阻力，N ／m 2 L ——管道长，m d ——管道内径，m ； u ——流体平均流速，m/s ； P ——流体密度，kg ／m 3 ； λ——摩擦系数，无因次； g ——重力加速度，g 一9.81m/s 2 。． λ为直管摩擦系数，由于流体流动类型不同，产生阻力的原因也不同。层流时流体流动主要克服流体粘性作用的内摩擦力。湍流时除流体的粘性作用外，还包括涡流及管壁粗糙度的影响，因此λ的计算式形式各不相同。层流时，利用计算直管压降的哈根－泊谡叶公式： )4( d u L 32P P P 2 21f μ＝ －＝－? 和直管阻力计算公式(3)，比较整理得到λ的理论计算式为 )5( Re 64 du 232＝＝ ρμλ? 由此式可见，λ与管壁粗糙度ε无关，仅为雷诺数的函数。 (1) 2L h 2 f u d λ＝

化工原理实验-流体流动阻力系数的测定实验报告

流体流动阻力系数的测定实验报告 一、实验目的： 1、掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。 2、测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管和阀门的局部阻力系数ξ。 3、验证湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺系数Re和相对粗糙度的函数。 4、将所得光滑管的λ—Re方程与Blasius方程相比较。 二、实验器材： 流体阻力实验装置一套 三、实验原理： 1、直管摩擦阻力 不可压缩流体（如水），在圆形直管中做稳定流动时，由于黏性和涡流的作用产生摩擦阻力；流体在流过突然扩大、弯头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然 变化，产生局部阻力。影响流体阻力的因素较多，在工程上通常采用量纲分析方法简 化实验，得到在一定条件下具有普遍意义的结果，其方法如下。 流体流动阻力与流体的性质，流体流经处的几何尺寸以及流动状态有关，可表示为 △P=f (d, l, u,ρ,μ,ε) 引入下列无量纲数群。 雷诺数Re=duρ/μ 相对粗糙度ε/ d 管子长径比l / d 从而得到 △P/(ρu2)=ψ(duρ/μ，ε/ d，l / d) 令λ=φ（Re，ε/ d） △P/ρ=（l / d）φ（Re，ε/ d）u2/2

可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系,这种关系可用试验方法直接测定。 h f=△P/ρ=λ（l / d）u2/2 ——直管阻力，J/kg 式中，h f l——被测管长，m d——被测管内径，m u——平均流速，m/s λ——摩擦阻力系数。 当流体在一管径为d的圆形管中流动时，选取两个截面，用U形压差计测出这两个截面间的静压强差，即为流体流过两截面间的流动阻力。根据伯努利方程找出静压 强差和摩擦阻力系数的关系式，即可求出摩擦阻力系数。改变流速可测出不同Re下 的摩擦阻力系数，这样就可得出某一相对粗糙度下管子的λ—Re关系。 （1）、湍流区的摩擦阻力系数 在湍流区内λ=f（Re，ε/ d）。对于光滑管，大量实验证明，当Re在3×10~10 范围内，λ和Re的关系遵循Blasius关系式，即λ= / Re 对于粗糙管，λ和Re的关系均以图来表示。 2、局部阻力 h f=ξu2/2 式中，ξ为局部阻力系数，其与流体流过的管件的几何形状及流体的Re有关，当Re达到一定值后，ξ与Re无关，成为定值。 四、实验步骤： 1、启动离心泵，打开被测管线上的开关阀及面板上与其相应的切换阀，关闭其他的开关 阀和切换阀，保证测压点一一对应。 2、排净系统中的气体以便使液体能连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净，观察 U形压差计中两液面是否水平，如果水平说明系统中气体已经排净。 3、测定光滑管和粗糙管摩擦阻力，先将流量从小到大慢慢增加，并观察U形压差计中两

流体流动阻力测定实验

实验报告 项目名称：流体流动阻力测定实验 学院： 专业年级： 学号： 姓名： 指导老师： 实验组员： 一、实验目的 1、学习管路阻力损失h f和直管摩擦系数的测定方法。 2、掌握不同流量下摩擦系数与雷诺数Re之间的关系及其变化规律。

3、学习压差测量、流量测量的方法。了解压差传感器和各种流量计的结构、使用方法及性能。 4、掌握对数坐标系的使用方法。 二、实验原理 流体在管道内流动时，由于黏性剪应力和涡流的存在，会产生摩擦阻力。这种阻力包括流体流经直管的沿程阻力以及因流体运动方向改变或管子大小形状改变所引起的局部阻力。 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关，它们之间存在如下关系： h f = ρf P ?=2 2 u d l λ （4-1） 式中： -f h 直管阻力，J/kg ； -d 直管管径，m ； -?p 直管阻力引起的压强降，Pa ； -l 直管管长，m ； -u 流速，m / s ； -ρ流体的密度，kg / m 3 ； -λ摩擦系数。 滞流时，λ= Re 64 ；湍流时，λ与Re 的关系受管壁相对粗糙度d ε?的影响，即λ= )(Re,d f ε 。当相对粗糙度一定时，λ仅与Re 有关，即λ=(Re)f ，由实验可求得。 由式（4—1），得 λ= 2 2u P l d f ???ρ （4-2） 雷诺数 Re =μ ρ ??u d （4-3） 式中-μ流体的黏度，Pa*s

和流体在管内的流速u，查出流体的物理性质，即可分别计测量直管两端的压力差p 算出对应的λ和Re。 三、实验装置 1、本实验共有两套装置，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=10mm，管长L=1.6m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。 图4-2 流体流动阻力测定实验装置流程图 ⑴—大流量调节阀；⑵—大流量转子流量计；⑶—光滑管调节阀；⑷—粗糙管调节阀；⑸—光滑管；⑹—粗糙管；⑺—局部阻力阀；⑻—离心泵；⑼—排水阀；⑽倒U管⑾⑾’—近端测压点；⑿⑿’—远端测压点；⒀⒀’—切断阀；⒁⒁’—放空阀；⒂⒂’—光滑管压差；⒃⒃’—粗糙管压差；⒄—数字电压表；⒅—压差变送器 四、实验步骤 1、检查储水槽内的水位是否符合要求，检查离心泵的所有出口阀门以及真空表、压力表的阀门是否关闭。

流动阻力和水头损失

提问：1、尼古拉茨实验曲线分为哪几个区； 2、工业管路计算沿程阻力损失的步骤； 上次课内容回顾及本次课内导出： 5.7 非圆形截面均匀紊流的阻力计算 实际工程中流体流动的管道不一定是圆形截面，例如大多数通风管道为矩形截面，矿井中的回风巷道也是非圆形截面。 两种方法：一是利用原有公式（达西公式），e d d →。 二是用蔡西公式计算。 一、利用原有公式计算 圆形截面的特征长度：直径d 非圆形截面的特征长度：水力半径R 。 充满流体的圆管的直径： R X A d d d 442===ππ 非圆形管道的当量直径 e d ： R X A d e 44== 所以 g v R l h f 242 ? ?=λ 注意：应用e d 计算非圆管的f h 是近似的方法，并不适用于所有情况。 二、用蔡西公式计算

22222221242RA c l Q A Q R l g v R l g v d l h f =??=?=?=λ λλ 令2 2 2 k RA c =，则 22k l Q h f = i k l h k Q f == Ri c A i RA c A Q v == =22 ——蔡西公式（1775），它在管路、渠道等工程计算中得到广泛应用。 式中 c ——蔡西系数，λ g c 8= ； k ——流量模数，R cA k =。 例 5.7.1长30=l m ，截面积A ＝0.35.0?m 2 的镀锌钢板制成的矩形风道，风速 14=v m/s ，风温度20=t °C ，试求沿程损失f h 。若风道入口截面1处的风压 6.9801=p N/m 2，而风道出口截面2 比入口位置高10m, 求2处风压2p =? 解：风道的当量直径 375.0) 5.03.0(25 .03.04)(24=+???=+?= b a b a d e m 20=t °C 时，空气的运动粘度5 1057.1-?=υm 2/s 3343951057.1375.014Re 5=??= = -υ e vd >500 紊流==?375 15 .0e d 0.0004 查莫迪图可得到0176.0=λ 1.148 .9214375.0300176.02 =??? =f h m 气柱 查表，空气20=t °C 时，密度205.1=ρkg/m 3，则 f gh z z g p p ρρ---=)(1212 =1.148.9205.110806.9205.16.980??-??- =696N/m 2 5.8 边界层理论基础 在分析流体流动状态时已知，随↑e R ，粘性对流体的作用↓，惯性对流体的作用↑。当↑e R 到使粘性的作用可以忽略时，流体将接近理想流体。e R 很大的实际流体绕固体均匀流动时，在固体后部将产生旋涡区，而理想流体的均匀流动则无此区。 举实例：飞机机翼、汽车、船舶航行、高尔夫球在空中滑行、建筑物迎风、

实验一流体流动阻力

实验一流体流动阻力的测定 一、实验目的 1．了解流体流过直管或管件阻力的测定方法。 2．掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系的变化规律。 3．熟悉液柱压差计和转子流量计的使用方法。 4．测定流体流过阀门、变径管件（突然扩大、突然缩小）的局部阻力系数ξ。 二、实验内容 1．测定流体流经直管（不锈钢管、镀锌管）时摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系。2．测定全开截止阀、突然扩大及突然缩小的阻力系数ξ。 三、基本原理 流体在管路中流动时,由于粘性剪应力和涡流的存在,不可避免地引起流体压力的损失。流体在流动时所产生的阻力有直管摩擦阻力(又称沿程阻力)和管件的局部阻力。这两种阻力，一般都是用流体的压头损失h f或压强降P f表示。 1.直管阻力 直管摩擦阻力h f与摩擦系数λ之间关系(范宁公式)如下: h f=λ·l d · u2 2 (1—1) 式中 h f——直管阻力损失, J/kg； l——直管长度, m； d——直管内径, m； u——流体平均速度, m/s； λ——摩擦系数，无因次。 其中摩擦系数λ是雷诺数Re和管壁相对粗糙度ε/d的函数，即λ=f(Re,ε/d)。对一定相对粗糙度而言，λ=f(Re)；λ随ε/d和Re的变化规律与流体流动的类型有关。层流时，λ仅随Re变化，即λ=f(Re)；湍流时，λ既随Re变化又随相对粗糙度ε/d改变，即λ=f(Re,ε/d)。 据柏努利方程式可知阻力损失hf的计算如下： h f=(Z1-Z2)g+ ρ2 1p p- + 2 2 2 2 1u u- (1—2)当流体在等直径的水平管中流动时，产生的摩擦阻力可由式(1—2)化简而得：

h f =p p 12-ρ=?p ρ=ρf p ? (1—3) 式中 ——流体的平均密度， kg/m 3； p 1——上游测压截面的压强, Pa ； p 2——下游测压截面的压强, Pa ； p ——两测压点之间的压强差， Pa ； p f ——单位体积的流体所损失的机械能， Pa 。 其中压强差p 的大小采用液柱压差计来测量，即在实验设备上于待测直管的两端或管件 两侧各安装一个测压孔，并使之与压差计相连，便可测出相应压差 p 的大小。本实验的工作介质为水，在一定的管路中流体流动阻力的大小与流体流速密切相关。流速大，产生的阻力大，相应的压差大；流速小，阻力损失小，对应的压差也小。为扩大测量范围，提高测量的准确度，小流量下用水—空气 型压差计；大流量下用水—水银U 型压差计。据流体静力学原理，对水—空气 型压差计，压差p 为 p=(-空气)g R ≈g R (1—4) 式中 R ——压差计的读数， mH 2O ； g ——重力加速度， m/s 2； 空气——空气在操作条件下的密度， Kg/m 3。 对于水—水银U 型压差计，有 p=(Hg —)g R (1— 5) 式中 Hg ——水银的密度， kg/m 3。 其余符号的意义同式(1—4)。 整理(1—1)和(1—3)两式得： λ=ρ ρp u d ???22 (1—6) 而 Re=du ρ μ (1—7) 式中 μ——流体的平均粘度， Pa ·s 。 在实验设备中，管长l 与管内径d 已固定，用水进行实验，若水温不变，则 与也是定值。所以该实验即为测定直管段的流动阻力引起压强降 P 与流速的关系。流量V h 的测定用转子流量计，据管内径的大小可算出流速u 的值。调节一系列的流量就可测定和计算 一系列的与Re 值，在双对数坐标中绘出—Re 关系曲线。 2．局部阻力

流体流动阻力实验

流体流动阻力实验 概述 流体流动阻力的大小涉及到流体输送机械的动力消耗和输送机械的选择，它对于化工设计、生产、科研都具有重要的意义。 由于流体本身具有粘性，于是在流动时便由此而产生内摩擦现象，从而消耗机械能；另外在湍流时，以及受到管路的壁面粗糙程度、管路截面的形状及大小的影响，流体质点相互碰撞加剧，加上发生边界层分离现象，产生涡流，也会加大机械能的消耗，这些就是我们所说的流动阻力损失（也有人简称其为流动阻力）。它的大小与流体的性质（主要是粘性）、流体的流动形态、流体流过的距离、管路的壁面情况以及管路截面的大小、形状等因素有关。 一般根据流动阻力损失形成的部位我们将其分为直管阻力损失（又称沿程阻力损失）和局部阻力损失两类。前者在流体流经等径直管时产生，后者为流体流经管路中的阀门、管件（弯头、三通等）以及突然扩大、突然缩小等局部障碍及管路截面变化时所产生。流动的总阻力损失是这两类阻力损失之和，也就是实际流动的柏努利方程中的阻力损失项。 直管阻力损失和局部阻力损失由于其产生的主要机理不同，因此计算方法也不同。直管阻力损失是由于流体的内摩擦而产生机械能损失，它的计算公式是范宁（Fanning）公式： 局部阻力损失主要是由于发生边界层分离、产生漩涡而造成机械能损失，它的计算公 式有阻力系数法（多用于管路的进、出口及管径突然变化处的阻力损失计算）： 或当量长度法（多用于管件、阀门等处的阻力损失计算）

）直管阻力实验 实验预习要点： ①本实验是如何得到摩擦因数的？ ②本实验是如何调控流量的？ ③在测取层流和湍流下的时对流量的改变各是如何要求的？一、实验目的 1 ．掌握测定流体直管阻力损失的一般实验方法。 2 ．测定流体流过圆形直管时的摩擦因数。 3 ．了解摩擦因数与流体流动型态的关系。 二、基本原理 计算直管阻力损失的范宁公式为： 式中h f ——直管阻力损失，m； ——摩擦因数，无因次； L ——流体流经的管路长度（本实验中为直管上两测压点间的长度），m ； d ——管路直径（内径），m ； u——流体在管内的平均流速，m/s； g——重力加速度，m/s2。 由此式可以看到，为求得流体流经某一直管段的直管阻力损失，就需要知道摩擦因数的值。对于层流，可用理论方法求得＝64/Re，但它也需要通过实验来验证其是否正确。而 对于湍层，由于其流动机理的复杂性，以及管壁粗糙度的影响不能忽略，理论分析十分困难，因此主要是通过实验测取，再经数据处理来得到有关计算的经验式。 实验测取的方法是： 根据范宁公式可得：????（1） 上式中，由于实验装置已经存在，故d、l 是已知量，而u 可通过测定流量后得到，剩下就

实验一流体流动阻力测定实验

实验一 流体流动阻力测定实验 1.实验目的 （1） 辨别组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。 （2）测定流体在圆形直管内流动时摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系。 （3）测定流体流经闸阀时的局部阻力系数?。 2．基本原理 （1）直管阻力摩擦系数λ的测定 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为： 22 2 1u d l p p p h f f λ ρρ=-=?= 则直管阻力摩擦系数可写成： 2 2lu p d f ρλ?= 雷诺准数Re 的定义是： μρ du = Re 层流时： Re 64 = λ 湍流时：λ是雷诺准数Re 和相对粗糙度（ε/d ）的函数。 完全湍流时：λ只是相对粗糙度（ε/d ）的函数。 上式中 d ：直管内径，m ； f p ?：流体在l 米直管内流动时由于流动阻力而产生的压降， Pa ； f h ：单位质量流体流经l 米直管时产生的流动阻力，J/k g ； ρ ：流体密度，kg/m 3； l ：直管长度，m ； u ：流体在管内流动的平均流速，m/s ； μ ：流体粘度，Pa ·s 。 其中l 、d 为装置参数 ， ρ、μ通过测定流体温度，再查有关手册而得， u 通过测定流体流量，再由管径计算得到。本装置采用涡轮流量计测流量V （m 3/h ），则 2900d V u π= f p ?采用倒置 U 型管液柱压差计和差压变送器测量。 （2）局部阻力系数? 的测定 根据阻力系数法，流体通过某一管件或阀门时的机械能损失可表示为流体在管内流动时平均动能的某一倍数，即： 22 u p h f f ξ ρ='?='

故 22u p f ρξ'?= 式中 ? ：局部阻力系数，无因次； f p '? ：局部阻力引起的压降，Pa （本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管段的压降后才是闸阀局部阻力引起的压降，直管段的压降由直管阻力实验结果求取）。 3．实验装置与流程 实验装置流程（本装置为流体流动阻力与离心泵性能综合实验装置，做流动阻力实验时将仪控柜上“实验选择”转到“管阻力”）如图2-1所示，实验仪控柜面板如图2-2所示。 实验装置由贮水槽、离心泵、变频器、电动调节阀、涡轮流量计、压力表、差压变送器、不同材质的水管、倒U 型压差计（图中未画出）等组成。装置上有三段并联的水平直管，自上而下分别用于测定局部阻力、光滑管直管阻力和粗糙管直管阻力。测定局部阻力时使用不锈钢管，中间装有待测管件（闸阀）；测定光滑管直管阻力时，同样使用内壁光滑的不锈钢管，而测定粗糙管直管阻力时，采用管道内壁较粗糙的镀锌管。 水的流量使用涡轮流量计测量，流量通过变频器改变泵的转速来调节（但测定泵性能时流量则用电动调节阀调节），管路和闸阀的阻力采用各自的倒U 型管压差计测量，同时差压变送器将差压信号传送给差压显示仪表。 4．实验步骤 （1）开启仪控柜上总电源、仪表电源开关，将仪控柜上“实验选择”转到“管阻力”。 （2）给离心泵灌水排气，然后关闭泵出口阀，启动水泵，待电机转动平稳后，把泵的出口阀缓缓开到最大。（注意：泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。）

7第七章流动阻力和能量损失

第七章 流动阻力和能量损失 7—1 管道直径d = 100 mm ，输送水的流量为10 kg/s ，如水温为5℃，试确定管内水流的状态。如用这管道输送同样质量流量的石油，已知石油密度ρ= 850 kg/m 3、运动粘度ν= 1.14 cm 2/s ，试确定石油流动的流态。 解：（1）2 410 m /s 1.27m /s 0.11000 Q v A π?= = =?? 62 1.51910m /s ν-=? （t = 5℃ ） 6 1.270.183********.51910ν -?= = =>?vd R e ，为湍流 （2）2 410 m /s 1.50m /s π0.1850 Q v A ?= = =?? 2 1.14cm /s ν= 15010 131620001.14 ν?= ==