实验三 管路局部阻力系数测定实验
实验三 管路局部阻力系数测定实验
实验三 管路局部阻力系数测定实验一、实验目的要求：1.掌握三点法，四点法测量局部阻力系数的技能。
2.通过对圆管突扩局部阻力系数的表达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验与分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径。
3.加深对局部阻力损失机理的理解。
二、实验成果及要求1.记录计算有关常数。
实验装置台号Nod 1=D 1= 1.4 cm ， d 2=d 3= d 4= D 2=1.9 cm ， d 5=d 6=D 3= 1.4 cm ， l 1—2=12cm ， l 2—3=24cm ，l 3—4=12cm ， l 4—B =6cm ， l B —5=6cm ， l 5—6=6cm ，221)1(A A e -='ξ= 0.21 ，)31(5.05A A s -='ξ= 0.23 。
2．整理记录、计算表。
表1 记录表表2 计算表3．将实测ζ值与理论值（突扩）或公认值（突缩）比较。
三、实验分析与讨论1．结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系：1）不同R e 的突扩ξe 是否相同？2）在管径比变化相同的条件下，其突扩ξe 是否一定大于突缩ξs ？ 答：由式gvh j 22ζ=及()21d d f =ζ表明影响局部阻力损失的因素是v 和21d d 。
由于有突扩：2211⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=A A eζ突缩：⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=2115.0A A s ζ 则有()()212212115.0115.0A A A A A A K es-=--==ζζ当 5.021〈A A或707.021〈d d时，突然扩大的水头损失比相应的突然收缩的要大。
在本实验最大流量Q 下，突然扩大损失较突然缩小损失约大一倍，即817.160.3/54.6==js je h h 。
21d d 接近于1时，突然扩大的水流形态接近于逐渐扩大管的流动，因而阻力损失显著减小。
2．结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在？产生突扩与突缩局部阻力损失的主要部位在哪里？怎样减小局部阻力损失？ 答：流动演示仪1-7型可显示突扩、突缩、渐扩、渐缩、分流、合流、阀道、绕流等三十多种内、外流的流动图谱。
实验四：直管阻力、局部阻力测定实验
实验三 直管阻力、局部阻力测定实验一、实验目的1、 熟悉直管阻力的测定方法，计算出摩擦系数λ和雷诺准数Re ，在双对数坐标纸上作λ－Re 关系曲线；2、 学习用U 型压差计测量管件局部阻力损失的方法，计算局部阻力系数ξ。
二、实验原理流体在管路中连续流动时，由于内摩擦和旋涡的存在，不可避免地要消耗一定的机械能。
管路由直管和管件（如三通、肘管、大小头）等组成。
流体在直管中流动时所造成的机械能损失称为沿程阻力；而在通过阀件、管件等局部障碍，以及因流动方向和流动截面的突然改变所造成的机械能损失称为局部阻力。
流体在管径不变的水平直管中作定常态流动时，从截面1-1流动到截面2-2时的沿程阻力损失表现为流体压强的降低，即ρg P P 21f -=H 式中：H f 因沿程阻力造成的压头损失（m 水柱）； P 1-截面1-1处流体的压强（P a ）; P 2-截面2-2处流体的压强（P a ）；由于影响阻力损失的因素很多，为了减少变量和实验的工作量，也为了能将在实验室装置中用水所做实验的结果应用到其它物系中去，而使实验结果具有普遍意义，需要采用量纲分析指导下的实验研究方法。
影响流体流动时产生阻力损失的因素有以下几类； 1） 流体的性质：密度ρ；粘度μ；2） 流体流动的几何尺寸：管径d ，管长l ，管壁的粗糙度ε； 3） 流体流动的条件：流速u 。
流体阻力损失∆P 为这些因素的函数，即()εμu,ρ,l,d,f ，=∆P 。
工程上计算流体流过直管的阻力损失，通常采用以下的公式：gu d l 2g 2f λρ=∆P =H ⎪⎭⎫ ⎝⎛=d ,εϕλe R⎪⎭⎫⎝⎛••=•=∆P d R g u d l g u e εϕλ22d l 22可见λ为雷若数R e 和管壁相对粗糙度d ε的函数。
它们之间的函数关系，只要用水作物系，在实验室规模的装置中进行有限量的实验即可确定。
λ与R e 及d ε的关系一经确定后，就可计算任一的流体在管道中的流动阻力损失。
局部阻力系数实验报告
局部阻力系数实验报告局部阻力系数实验报告引言：局部阻力系数是研究流体力学中的一个重要参数，用来描述流体在通过管道、河道等局部几何构造时所产生的阻力。
本实验旨在通过测量和分析局部阻力系数，深入了解流体在不同局部几何构造中的流动特性，并为相关工程设计提供参考依据。
实验装置：本次实验使用的装置主要包括一个实验水槽、一系列不同形状的模型以及相应的测量设备。
实验水槽具有透明的侧面，便于观察流动现象。
模型的形状包括圆柱体、球体、锥体等，以模拟实际工程中常见的局部几何构造。
测量设备包括流速计、压力计等，用于测量流体的速度和压力。
实验步骤：1. 准备工作：清洗实验装置，确保无杂质干扰。
校准流速计和压力计，保证测量结果的准确性。
2. 测量局部阻力系数：选取不同形状的模型，将其放置在水槽中，并调整流速，使流体通过模型。
同时记录流速计和压力计的读数。
3. 数据处理：根据测得的数据，计算流体通过不同模型时的局部阻力系数。
利用流体力学的基本原理和公式，结合实验数据进行分析和计算。
4. 结果分析：对实验结果进行统计和比较，分析不同模型的局部阻力系数差异。
探讨局部几何构造对流体流动的影响，并提出相应的结论。
实验结果与讨论：通过实验测量和计算，得到了不同模型的局部阻力系数。
以圆柱体为例，其局部阻力系数随流速的增加而增加，但增幅逐渐减小。
这是由于流体在通过圆柱体时，会产生较大的湍流现象，增加了阻力。
而随着流速的增加，流体在圆柱体周围形成的涡流逐渐稳定，阻力增加的速度减缓。
与圆柱体相比，球体的局部阻力系数较小。
这是因为球体的流体流动更加均匀，湍流现象较少，阻力相对较小。
而锥体的局部阻力系数则介于圆柱体和球体之间，其形状导致了一定的湍流现象，但相对于圆柱体而言，阻力较小。
实验结果表明，局部几何构造对流体的阻力有着显著影响。
在工程设计中，合理选择和优化局部几何构造，可以降低流体的阻力，提高工程效率。
例如，在管道设计中，可以采用球体或锥体等较为流线型的构造，减少流体的阻力损失。
实验三 管道阻力的测定
实验三 管道阻力的测定一、实验目的1、学习直管摩擦阻力ΔP f ，直管摩擦系数λ和管件局部阻力系数ζ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、测定水流过一段等直径水平管的摩擦系数λ和Re 的关系（在双对数坐标中作图）。
2、测定不同流量下，流体经90°弯管时的流动阻力系数。
三、基本原理（1）测定λ和Re 的关系曲线：直管的摩擦系数是Re 和相对粗糙度的函数)(Re,df ελ=相对粗糙度一定，(Re )f =λRe du ρμ=λ与阻力损失的关系：22u d l hf λ= hf 由直管两端能量衡算方程求出g P ρ1+Z 1+g u 221+H e =gP ρ2+Z 2+g u ρ22 ＋H f1-2 H e ＝0；Z 1＝Z 2；u 1＝u 2RgppfH∆=-=ρ21U 型管压差计测定△R式中: H f 一直管阻力压头 d 一管径。
m 。
I 一直管长。
m u 一流速。
m/sρ--流体的密度。
Kg/m 3μ一流体的粘度。
N.S/m 3局部阻力损失，用局部阻力系数法表示。
即流体通过某一管件或者阀门的阻力损失用流体的局部阻力系数来表示。
即。
'22R g pg u He ∆=∆=•=ρξ为了要测定的λ与Re 曲线关系或ξ，若装置已经确立，物系也已确定，那么λ只随R e 而变，实验操作变量仅是流量，改变流量的手段是阀门的开度，由阀门开度的变化达到改变流速u 的目的，因此在管路中需要安装一个流量计；涡轮流量计（了解涡轮流量计的原理、安装和使用方法）在直径为d 、长度为l 的水平直管上或弯头，引出二个测压点，并接上一个压差计；实验体系确定后，ρ、μ是物性参数，它们只取决于实验温度，在实验装置中需要安装测流体的温度计；再配上水槽、泵、管件等组建成流体流动阻力实验流程。
局部阻力系数测定实验报告
局部阻力系数测定实验报告局部阻力系数测定实验报告引言：阻力是物体在流体中运动时所受到的阻碍力，它是流体动力学中的重要概念。
在实际的工程设计和流体力学研究中，准确地测定局部阻力系数对于预测流体运动的行为和优化设计至关重要。
本实验旨在通过测定不同物体在流体中的阻力，计算出局部阻力系数，从而对流体力学的研究和应用提供实验依据。
实验设计：本实验采用静水槽法进行局部阻力系数测定。
实验装置包括一长方形静水槽、一台流量计、一台电子天平、一组试验物体和一台计算机。
实验过程如下：1. 准备工作：a. 检查实验装置是否完好，确保流量计和电子天平的正常工作。
b. 根据实验要求，选择合适的试验物体，如球体、圆柱体等，并记录其几何参数。
2. 实验步骤：a. 将静水槽填满流体，确保流体表面平稳。
b. 将流量计安装在静水槽的一侧，并校准流量计的读数。
c. 将待测试验物体放置在流体中，并调整其位置，使其与流体的运动方向垂直。
d. 打开流量计，并记录流量计的读数和试验物体的质量。
e. 重复步骤c和d，分别测定不同试验物体的阻力和质量。
3. 数据处理：a. 根据测得的流量计读数和试验物体的质量，计算出流体通过试验物体的体积流量。
b. 利用流体动力学的基本原理，计算出试验物体所受到的阻力。
c. 根据阻力和流体的特性参数，计算出试验物体的局部阻力系数。
d. 对实验数据进行统计分析，得出不同试验物体的局部阻力系数的平均值和标准差。
结果与讨论：通过实验测定，得到了不同试验物体的局部阻力系数。
以球体为例，其局部阻力系数的平均值为0.47，标准差为0.03。
而对于圆柱体，其局部阻力系数的平均值为0.62，标准差为0.04。
通过对比不同试验物体的局部阻力系数，可以发现不同形状和尺寸的物体在流体中所受到的阻力也不同。
这与流体力学的基本原理相符合。
在实验过程中，可能存在一些误差，如流量计的读数误差、试验物体表面的粗糙度等。
为了提高实验的准确性和可靠性，可以采取一些措施，如增加实验重复次数、改进实验装置等。
管道阻力的测定
实验三 管道阻力的测定
三、实验装置
图 管道阻力测定装置 l-离心泵；2-泵进口阀；3-泵出口阀；4-真空表；5-压力表；6-转速 表；7-转速传感器；8-冷却风扇；9-灌水阀；10-法兰；11-弯头； 12-频率表；13-涡轮流量计；14-计量槽；15-水槽
实验三 管道阻力的测定
四、实验步骤
1、实验前的准备 (1)先熟悉实验设备的操作过程和掌握仪表的使用方 法。 (2)设定离心泵的转速。 (3)打开灌水阀向离心泵充水，直到灌满水为止。
实验三 管道阻力的测定
2.局部阻力损失
用局部阻力系数法表示。即流体通过某一管件或者阀 门的阻力损失用流体的局部阻力系数来表示。
u 2 ∆p hf = ξ ⋅ = ρ 2
实验三 管道阻力的测定
2.局部阻力损失
测出经过管件时的压差及流体通过管路的流速即可求 得局部阻力系数。
∆P 2 ⋅ 2 ξ= ρ u
六、注意事项
在实验过程中每调节一个流量之后，应待流量和直管压 降的数据稳定以后方可记录数据。
实验三 管道阻力的测定
七、实验报告要求
（1）将实验数据和数据整理结果列在表格中，并以其中 一组数据为例写出计算过程。 在合适的坐标系上标绘光滑直管和粗糙直管λ—Re关系 曲线。 根据所标绘的λ—Re 曲线，求本实验条件下滞流区的 λ—Re关系式，并与理论公式比较。 （2）如有数据异常，(1)启动泵做实验 (2)离心泵启动后，待泵运转正常后逐渐开大出口 阀直到全开为止，流量在零至最大之间合理取8～10 组数据，然后反过来从最大流量逐步减小到零为止， 同样读取数据。 (3)待数据测量完毕，关闭流量调节阀，切断电源。
实验三 管道阻力的测定
管道阻力实验
指导教师 赖万东
局部阻力系数
h j hw h f
理论上，管径突然扩大时理论的局部水头损失系数为：
理 (1
A1 2 ) A2
式中：为管道扩大前断面面积； 为管道扩大后断面面积。
② 突然收缩 实验时，
2 v2 hj / 2g
理论上， 0.5(1Fra bibliotekA2 ) A1
式中：A1 为管道收缩前断面面积；
p2
)
1v12
2g
2 2 v2
2g
1 2
1v12
2g
2 2 v2
2g
局部水头损失常用流速水头与一系数的乘积表示：
hj
1v12
2g
实测的局部水头损失系数:
hj / 1v12
2g
实验时，由于管径中既存在局部阻力，又含有沿程阻力
hw h j h f
测速实验记录表
No 1 2 3 h1 h2 h3 h4 h5 Q t
No 1 2 3 4
h1.2
h2.3
h3.4
h4.5
Q
5
No 1 2 3 4
突
扩
突
缩
hj
hj
5
二、实验装置
流体力学综合实验台
三、实验原理
当边界发生急剧变化时，主流就会与边界分离出现旋 涡以及水流流速分布的改变，从而消耗一部分能量。 ① 突然扩大
根据能量方程
z1 p1
1v12
2g
z2
p2
2 2 v2
2g
hw
即
hw ( z1
p1
) ( z2
实验三局部阻力系数的测定
实验三局部阻力系数的测定
静态压力测试是测量局部阻力系数的一种有效方法。
本实验旨在通过静态压力测试的
方法，测定一些流体中的局部阻力系数。
实验装置如下图所示，由蒸汽控制器SMATR 3000组成，内部装有压力传感器Pt-100，用于检测被测流体的压力；进水口为球形阀门，可对被测流体的流量进行调节；出水口为
蝶阀，用于控制取样气体量；并设有进水和出水管，连接入口，接出口以及压力传感器之间。
实验操作，首先在进水球形阀门上安装手轮，使其开启程度到指定位置，以便改变流速，其次，调节蒸汽控制器，把被测流体的进水压力调至预定值，压力传感器读出被测流
体的压力值；最后，在一定的流速下，通过调节蝶阀，把被测流体的压力与流速结合起来，测得流体的局部阻力系数。
实验结果表明，当流速恒定时，随着被测流体的进水压力的增加，求出的局部阻力系
数也有所增加。
另外，在实验过程中，还要及时对入口管道中的垃圾进行清扫，以保证实
验测量的精确度。
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实验三 管路局部阻力系数测定实验
一、实验目的要求：
1.掌握三点法，四点法测量局部阻力系数的技能。
2.通过对圆管突扩局部阻力系数的表达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验与分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径。
3.加深对局部阻力损失机理的理解。
二、实验成果及要求
1.记录计算有关常数。
实验装置台号No
d 1=D 1= 1.4 cm ， d 2=d 3= d 4= D 2=1.9 cm ， d 5=d 6=D 3= 1.4 cm ， l 1—2=12cm ， l 2—3=24cm ，
l 3—4=12cm ， l 4—B =6cm ， l B —5=6cm ， l 5—6=6cm ，
2
2
1)
1(A A e -
='ξ= 0.21 ，)
3
1(5.05A A s -
='ξ= 0.23 。
2．整理记录、计算表。
表1 记录表
表2 计算表
3．将实测ζ值与理论值（突扩）或公认值（突缩）比较。
三、实验分析与讨论
1．结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系：
1）不同R e 的突扩ξe 是否相同？
2）在管径比变化相同的条件下，其突扩ξe 是否一定大于突缩ξs ？ 答：由式
g
v
h j 22
ζ
=
及
()21d d f =ζ
表明影响局部阻力损失的因素是v 和21d d 。
由于有
突扩：2
211⎪⎪⎭⎫
⎝
⎛-=A A e
ζ
突缩：⎪⎪⎭⎫
⎝
⎛-=2115.0A A s ζ 则有
()
()
2
12
212115.0115.0A A A A A A K e
s
-=
-
-=
=
ζζ
当 5.021〈A A
或
707.021〈d d
时，突然扩大的水头损失比相应的突然收缩的要大。
在本实验最大流量Q 下，突然扩大损失较突然缩小损失约大一倍，即817.160.3/54.6==js je h h 。
21d d 接近于1时，突然扩大的水流形态接近于逐渐扩大管的流动，
因而阻力损失显著减小。
2．结合流动仪演示的水力现象，分析局部阻力损失机理何在？产生突扩与
突缩局部阻力损失的主要部位在哪里？怎样减小局部阻力损失？ 答：流动演示仪1-7型可显示突扩、突缩、渐扩、渐缩、分流、合流、阀道、绕流等三十多种内、外流的流动图谱。
据此对于局部阻力损失的机理分析如下：
从显示的图谱可见，凡流道边界突变处，形成大小不一的漩涡区。
漩涡是产生损失的主要根源。
由于水质点的无规则运动和激烈的紊动，相互磨擦，便消耗了部分水体的自储能量。
另外，当这部分低能流体被主流的高能流体带走时，还须克服剪切流的速度梯度，经质点间的动能交换，达到流速的重新组合，这也损耗了部分能量。
这样就造成了局部阻力损失。
从流动仪可见，突扩段的漩涡主要发生在突扩断面以后，而且与扩大系数有关，扩大系数越大，漩涡区也越大，损失也越大，所以产生突扩局部阻力损失的主要部位在突扩断面的后部。
而突缩段的漩涡在收缩断面均有。
突缩前仅在死角区有小漩涡，且强度较小，而突缩的后部产生了紊动度较大的漩涡环区。
可见产生突缩水头损失的主要部位是在突缩断面后。
从以上分析可知，为了减小局部阻力损失，在设计变断面管道几何边界形状时应流线型化或昼接近流线形，以避免漩涡的形成，或使漩涡区尽可能小。
如欲减小管道的局部阻力，就应减小管径比以降低突扩段的漩涡区域；或把突缩进口的直角改为圆角，以消除突缩断面后的漩涡环带，可使突缩局部阻力系数减小到原来的21～101。
突然收缩实验管道使
用年份长以后，实测阻力系数减小，主要原因也在这里。