沿程阻力

中国石油大学（华东） 工程流体力学 实验报告

实验日期： 2014年12月2日 成绩：

班级： 学号： 姓名： 教师： 李成华

同组者：

实验七、沿程阻力实验

一、实验目的 填空

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 Re -λ 的关系曲线； 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

在图1-7-1下方的横线上正确填写实验装置各部分的名称

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。

F1—— 文丘利流量计 ； F2—— 孔板流量计 ；F3—— 电磁流量计 ； C —— 量水箱 ； V —— 阀门 ； K —— 局部阻力实验管路

图1-7-1 管流综合实验装置流程图

三、实验原理 在横线正确写出以下公式

本实验所用的管路是水平放置且等直径，因此利用能量方程式可推得管路两点间的沿程水头损失计算公式：

g

V D L h f

22

?

=λ

（1-7-1）

式中： λ——沿程阻力系数；

L ——实验管段两端面之间的距离，m ； D ——实验管内径，m ；

g ——重力加速度（g=9.8 m/s 2）； v ——管内平均流速，m/s ；

h f ——沿程水头损失，由压差计测定。

由式（1-7-1）可以得到沿程阻力系数λ的表达式：

22V

h L D g f

?=λ

（1-7-2）

沿程阻力系数λ在层流时只与雷诺数有关，而在紊流时则与雷诺数、管壁粗糙度有关。 当实验管路粗糙度保持不变时，可得出该管的λ-Re 的关系曲线。

四、实验要求 填空 1．有关常数

实验装置编号：No. 5

管路直径：D = 1.58 cm ； 水的温度：T = 13.2 ℃；

水的密度：ρ= 0.999374 g/cm 3； 动力粘度系数：μ= 1.19642 mPa ?s ；

运动粘度系数：ν= 0.0119717 cm 2/s ； 两测点之间的距离：L = 500 cm

2．实验数据处理见表1-7-2

表1-7-2 沿程阻力实验数据处理表

3、以其中一组数据写出计算实例（包含公式、数据及结果）。

（1）汞柱差： Δ'

h =h1‘-h2’=95.8-10.2=85.6

沿程水头损失：h f =（13.6-1）*Δ'

h =12.6*85.6=1078.56

（2）运动粘度系数：ν=ρμ/

=0.0119717

（3）流量：Q =t A h h d u /*)(-

=（49.5-17.5）*400=12800

（4）管内平均流速：v =Q/A=199.80458

（5）雷诺数：Re =1.58*199.80458/0.0119717=26369.7928

（6）沿程阻力系数：λ=2*9.8*0.0158*10.7856/（5*1.998*1.998）=0.1673310

4．在双对数坐标纸上绘制λ-Re的关系曲线。

五、实验步骤正确排序

（5）．逐次关小V11，记录18组不同的压差及流量；

（2）．打开阀门V10排气，排气完毕将阀门关闭；

（7）．实验完毕后，依次关闭V11、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。

（1）．．阀门V1完全打开。一般情况下V1是开着的，检查是否开到最大即可；（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V11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（压差5~7 cm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）；

（6）用量筒从实验管路中接足量的水，放入温度计5分钟后读出水的温度，查粘温表；

（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水平。若不在，须排气（为防止汞发生外泄，排气时应在老师的指导下进行）；

六、注意事项

1．本实验要求从大流量（注意一定要把阀门V11完全打开）开始做，逐渐调小流量，且在实验的过程中阀门V11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f h ？

答：将试验管安装成倾斜时，比压计中的读数差不是沿程水头损失。因为在测试点列伯努利方程可得：)2()2(2

2

222111g

v p z g v p z h f

++-++=γγ，由于管路是等直径的，则：

)()(2

21

1γ

γ

p z p z h f +

-+

=，如果实验管是倾斜的位置水头z 不同，

γ

γ

γ

p

p z p z h f ?≠

+

-+

=)()(2

21

1所以测得的压差不是沿程水头损失。

2．随着管路使用年限的增加，λ-Re 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λ-Re 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）知沿程阻力系数进而会增大 ，所以紊流段λ-Re 关系曲线会向上偏移。

3．当流量、实验管段长度相同时，为什么管径愈小，两断面的测压管液面差愈大？其间的变化规律如何？

答：由式（1-7-1）知522

22282)]4//([2gD

LQ g D Q D L g v D L h f πλπλλ=??=?=,当流量、实

验管段长度相同时，管径愈小，沿程水头损失会愈大，而沿程水头损失的大小和测压管液面差是相等的，所以两断面的测压管液面差会愈大，变化规律即如上式所示。

八、心得体会

通过本次实验，我验证了沿程阻力系数与雷诺数之间的关系，并且加深了对公式的理解。在实验过程中，老师悉心的指导，帮助我们顺利完成了实验，锻炼了我们的动手能力和团队协作能力。同时最后的数据处理阶段也加强了我们对软件处理数据得应用。