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1、摘要：本实验通过测定流体在不同管路中流动时的流量qv、测压点之间的压强差 P，结合已知的管路的内径、长度等数据，应用机械能守恒式算出不同管路的 Re-Re 关系。从实验数据分析可知， 光滑管、粗 糙管的摩擦阻力系数随Re增大而减小，并且光滑管的摩擦阻力系数较好地满足Blasuis 关系式：0.250.3163Re。 突然扩大管的局部阻力系数随Re的变化而变化。一、 目的及任务掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。 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。 验证湍流区内摩擦系数 为雷诺数 Re和相对粗糙度的函数。 将所得光滑管 -Re 方程与 Blasius方程相比较。二、
2、基本原理1. 直管摩擦阻力 不可压缩流体， 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相关，可 表示为： p=?(d,l,u, , , ) 引入下列无量纲数群。雷诺数duRe相对粗糙度 d管子长径比ld从而得到2(,)pduludd令(R e,) d2(R e,) 2pludd可得到摩擦阻力系数与压头损失之间的关
3、系，这种关系可用实验方法直接测 定。22fpluh d式中fh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。 改变流速科测 出不同 Re下的摩擦阻力系数，这样就可得到某一相对粗糙度下的-Re 关系。 (1) 湍流区的摩擦阻力系数在湍流区内(R e,)f d。对于光滑管， 大量实验证明， 当 Re在35310 10范围内，与 Re的关
4、系式遵循 Blasius关系式，即0.250.3163R e对于粗糙管，与 Re的关系均以图来表示。 (2) 层流的摩擦阻力系数64R e 2. 局部阻力22fuh式中， 为局部阻力系数，其与流体流过管件的集合形状及流体的Re有关， 当 Re大到一定值后， 与 Re无关，为定值。三、 装置和流程本实验装置如图，管道水平安装，实验用水循环使用。其中No.1 管为层流管， 管径 (61.5)mm,两测压管之间的距离1m ；No.2 管安装有球阀和截止阀两种 管件，管径为(273)mm ；No.3 管为 (272.75) mm 不锈钢管； No.4 为 (272.75) mm 镀锌钢管，直管阻力的两
5、测压口间的距离为1.5m；No.5 为突 然扩大管，管子由(223) mm扩大到 (483) mm；a1、a2为层流管两端的 两测压口； b1、b2为球阀的两测压口； c1、c2表示截止阀的两测压口；d1、d2表示 不锈钢管的两测压口； e1、e2表示粗糙管的两测压口；f1、f2表示突然扩大管的 两测压口。系统中孔板流量计以测流量。四、 操作要点 启动离心泵，打开被测管线上的开关阀及面板上与其对应的切换阀， 关闭其他开关阀和切换阀，确保测压点一一对应。 系统要排净气体使液体连续流动。 设备和测压管线中的气体都要排净， 检验的方法是当流量为零时，观察U形压差计的两液面是否水平。 读取数据时， 应
6、注意稳定后再读数。 测定直管摩擦阻力时， 流量由大 到小，充分利用面板量程测取10 组数据。测定突然扩大管、球阀和 截止阀的局部阻力时，各取3 组数据。本次实验层流管不做测定。 测完一根管数据后， 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、 数据处理（1）、原始数据 水温： 24.3 密度： 1000kg/m3粘度： =1.3053101）、不锈钢管 d=21mm l=1.50m 序号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V/m3.h-14.
7、00 3.70 3.40 3.11 2.82 2.49 2.21 1.93 1.61 1.19 P/kPa 7.18 6.24 5.42 4.63 3.91 3.14 2.55 2.03 1.49 0.90 2）、镀锌钢管 d=21.5mm l=1.50m 序号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V/m3.h-14.00 3.68 3.42 3.10 2.79 2.51 2.20 1.90 1.62 1.29 P/kPa10.45 8.89 7.72 6.39 5.24 4.29 3.34 2.53 1.90 1.30 3）、突然扩大 d1=15.5mm l1=140mm d2=42.0
8、mm l2=280mm V/m3.h-13.80 2.79 1.68 P/kPa4.10 2.05 0.70 4）、层流管 d=2.9mm l=1.00m V/m3.h-14.33 3.83 3.5 3.13 2.33 1.67 P/kPa2.35 2.22 1.94 1.64 1.17 0.81 2、数据处理 1）不锈钢管，镀锌管以及层流管的雷诺数和摩擦阻力系数用以下公式计算雷诺数duRe22fpluh d式中fh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。 2）突然扩大管的雷诺数及摩擦阻力系数由以下公式计算雷诺数duRe摩擦阻力系
9、数3、数据处理结果如下表所示 直管阻力数据处理记录表不序 号V/m3/h-1hf v/m/s-1Re B1 4 7.18 3.207963 67032.07 0.019535 0.019658 2 3.7 6.24 2.967366 62004.66 0.019843 0.020044 锈钢管3 3.4 5.42 2.726769 56977.26 0.020411 0.020473 4 3.11 4.63 2.494191 52117.43 0.020839 0.020934 5 2.82 3.91 2.261614 47257.61 0.021404 0.021453 6 2.49 3.1
10、4 1.996957 41727.46 0.022047 0.022131 7 2.21 2.55 1.7724 37035.22 0.022729 0.022801 8 1.93 2.03 1.547842 32342.97 0.023725 0.023586 9 1.61 1.49 1.291205 26980.41 0.025024 0.02468 10 1.19 0.9 0.954369 19942.04 0.027667 0.026617 镀锌管序 号V/m3/h-1P/kPa v/m/s Re hf 1 4 10.45 3.060491 65473.18 10.45 0.03198
11、2 2 3.68 8.89 2.815651 60235.33 8.89 0.032146 3 3.42 7.72 2.61672 55979.57 7.72 0.032321 4 3.1 6.39 2.37188 50741.72 6.39 0.032561 5 2.79 5.24 2.134692 45667.55 5.24 0.032964 6 2.51 4.29 1.920458 41084.42 4.29 0.033345 7 2.2 3.34 1.68327 36010.25 3.34 0.033792 8 1.9 2.53 1.453733 31099.76 2.53 0.034
12、319 9 1.62 1.9 1.239499 26516.64 1.9 0.035452 10 1.29 1.3 0.987008 21115.1 1.3 0.038254 层流管序 号V(mL/s) T/ C P/kPa v(m/s) Re 1 4.33 26.1 2.3518 0.656049 1893.078 0.033807 2 3.83 26.1 2.2174 0.580351 1674.646 0.038217 3 3.5 26.2 1.9353 0.529886 1529.025 0.041857 4 3.13 26.3 1.6406 0.474374 1368.841 0.0
13、46755 5 2.33 26.4 1.1726 0.353257 1019.35 0.062785 6 1.67 26.5 0.812 0.252327 728.1069 0.087899 突然扩大管序 号v1(m/s) v2（m/s) Re hf 1 5.594069 0.761891 31840.83 4.088243 0.720168 2 4.107224 0.559389 23377.43 2.042022 0.739351 3 2.473167 0.336836 14076.73 0.699298 0.752793 数据处理示例：1、光滑管： T=20.0时水的密度31000/K
14、gm，粘度smPa005.1以光滑管第 4 组数据为例：qv=3.11 m3/h P=4.63kPa d=21.0 mm l=1.50 m fh = P2233220.250.25443.11 / 36002.495454 3.140.0210.0212.4954541000Re52117.43 1.00510220.0214.63100.020839 1.5010002.4954540.31630.31630.020934 Re52117.43vqu ddudPlu2、粗糙管：以粗糙管第 4 组数据为例：33.1/vqmh21.5dmm1.50lm22443.12.373081 3.140.
15、00215vq u d30.02152.3730811000Re50741.72 1.00510du322220.02156.39100.032528 1.5010002.373081dplu3、突然扩大管：以第 1 组数据为例：3 3.80vmqh4.1036aPkp115.5dmm1140lmm242.0dmm2280lmmduRe31840.83 22322122212()24.1036101000(5.5940690.761891)0.720168 10005.594069Puuu4、层流管： 以第 4 组数据为例：3.13/vqmLs1.6406PkPa0.474374/vmsd=2
16、.9mm l=1.00m 3du0.00290.4743741000Re1368.841 1.00510322220.00291.6406100.046755 110000.474374dplu由上述数据可以得到以下图形：七、实验结果分析：由上面图表中的数据信息可以得出以下结论：1、当 Re4000时，流动进入湍流区， 摩擦阻力系数 随雷诺数 Re的增大而 减小。至足够大的Re后，-Re 曲线趋于平缓； 2、实验测出的光滑管 -Re 曲线和利用 Blasius 关系式得出的 -Re 曲线比较接近，说明当Re在5310103范围内， 与 Re的关系满足 Blasius关系式，即25.0Re/3163.0； 3、突然扩大管的局部阻力系数随流量的减小而增大； 4、在 Re2000范围内，流体流动为层流，实验所得层流管的摩擦阻力系数随 Re 的变化趋势与公式 Re64特
