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1、 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及突然扩大管和阀门的局部阻力系数。3、 验证湍流区内摩擦阻力系数为雷诺系数Re和相对粗糙度的函数。4、 将所得光滑管的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
2、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,) 引入下列无量纲数群。 雷诺数 Re=du/ 相对粗糙度 / d 管子长径比l / d 从而得到P/(u2)=(du/，/ d， l / d) 令=（Re，/ d）P/=（l / d）（Re，/ 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/=（l / d）u2/2式中，h f直管阻力，J/kg l被测管长，m d被测管内径，m u平均流速，m/s 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
3、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Re关系。（1）、湍流区的摩擦阻力系数在湍流区内=f（Re，/ d）。对于光滑管，大量实验证明，当Re在3103105 范围内，和Re的关系遵循Blasius关系式，即 =0.3163 / Re0.25对于粗糙管，和Re的关系均以图来表示。2、 局部阻力 h f=u2/2 式中，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，与Re无关，成为定值。四、实验步骤：1、
4、 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形压差计中两液面差，当液面差达到最大并等数据稳定后记录第一组数据，即此时的液体流量和压差。接着将流量由大到小，每相差0.3m3/h左右侧一组数据。充分利用面板量程测取10组数据，然后再由小到大测取几组数据，以检查数据的重复性（不记录数据）。测定突然扩大管、球阀和截止阀的局部阻力时，各
5、测取3组数据，具体步骤与侧量光滑管和粗糙管相同。注意在记录整个实验的第一组数据时记录一次液体温度，记录最后一组数据时记录一次温度。4、 测完一根管的数据后，应将流量调节阀关闭，观察压差计的两液面是否水平，水平时才能更换另一条管路，否则全部数据无效。同时要了解各种阀门的特点，学会使用阀门，注意阀门的切换，同时要关严，防止内漏。五、实验数据处理：在整个实验过程中，液体温度可由始末温度值之和的平均值代替，则有t=(t始+t末)/2= (21.2+26.8)/2=24此温度对应水的密度可由相关表查得, =997.2kg/m3 =0.9142mPaS1、 求光滑管、粗糙管摩擦阻力系数和雷诺系数Re由公式
6、u=Q/A=3.54102 Q/d2得到流速，由公式Re=du/可求得雷诺数，由式h f=P/=（l / d）u2/2 可求得真实的，由Blasius关系式 =0.3163 / Re0.25可求得理论。 光滑管几何尺寸为 d=21mm， l=1.5m，相对粗糙度 / d=0.2/21=0.01所求光滑管在不同流量下的u、Re、如下表：光滑管的相关数据如下表：序号12345678910Q/ m3 /h3.503.222.942.662.382.101.821.541.260.98P/kPa6.805.834.934.143.322.702.121.531.090.76u/m/s2.812.582
7、.362.141.911.691.461.241.010.79Re10-46.445.915.414.904.383.873.342.842.311.810.02420.02460.02490.02540.02560.02660.02790.02800.03000.03420.01990.02030.02070.02130.02190.02260.02340.02440.02570.0273粗糙管几何尺寸为 d=22mm， l=1.5m，相对粗糙度 / d=0.3/22=0.014所求粗糙管在不同流量下的u、Re、如下表：粗糙管的相关数据表如下:序号12345678910Q/ m3 /h3.6
8、73.373.072.772.472.171.871.571.270.97P/kPa6.855.894.904.013.222.541.991.521.030.66u/m/s2.682.462.252.031.811.591.371.150.930.71Re10-46.435.905.404.874.343.823.292.762.231.700.02800.02860.02850.02860.02890.02950.03120.03380.03500.03850.01990.02030.02070.02130.02190.02260.02350.02450.02590.0277 2、求局部阻
9、力系数 由公式u=Q/A=3.54102 Q/d2得到流速，由式h f=P/=u2/2可得到。其中，扩大管的管径取d=16mm,球阀和截止阀的管径取d=20mm。所求得各数据如下表：扩大管、球阀管、截止阀管的相关数据表如下:序号扩大管球阀截止阀123123123Q/ m3 /h3.502.701.903.522.721.921.411.060.71P/kPa4.551.640.273.441.620.916.693.841.78u/m/s4.843.732.633.122.411.701.250.940.630.39040.23690.08030.71030.56060.63298.6068.
10、7359.0143、 所得湍流时Re/ d关系图如下：六、思考题：（1）、在测量前为什么要将设备中的空气排净？怎样才能迅速地排净？ 设备中要是还有空气未排净将使设备中液体不能连续地流动，势必影响实验结果。在接通水泵电源以后，再打开流量调节阀门，使之大流量输出便可迅速有效地排净设备中的空气。（2）、在不同设备（包括相对粗糙度相同而管径不同）、不同温度下测定的Re数据能否关联在一条曲线上？ 不能关联到一条曲线上。（3）、测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗？为什么？ 有关系。由h f=（P1/+z1g）-( P2/+ z2g) =P/可知，阻力损失均主要表现为流体势能的降低，即P/，只有当管道水平放置时，才能用P代替P。当不是水平管时P还包含了高度差所产生的势能差，所以如果不是水平管，则所求的摩擦阻力值要比实际的摩擦阻力要大。（4）、如果要增加雷诺数的范围，可采取哪些措施？ 可以同时增大管径和管内水的流量，或者用密度大、黏度小的液体进行试验。
