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。
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3管路流体阻力的测定
实验三 管路流体阻力的测定、实验目的流体流动时的能量损耗(压头损失)，主要由于管路系统中存在着各种阻力。
管路中的各种阻 力可分为沿程阻力(直管阻力)与局部阻力两大类。
本实验的目的,就是以实验方法直接测定摩擦系数 入与局部阻力系数Z 二、实验原理或乙旦2U1Z 2P 2 2U 2 H fm 液柱(2)g 2gg2g式中,h f ――单位质量流体因流体阻力所造成的能量损失,J kg -1;若:(1)水作为试验物系，则水可视为不可压缩流体(2) 试验导管水平装置，则Z i =Z 2；(3) 试验导管的上下游截面的横截面积相同，则U 1=U 2o 因此(1)与(2)两式分别可简化为：H f --m 水柱(4)g由此可见，因阻力造成的能量损失(压头损失)，可由管路系统的两截面之间的压力差(压头差) 来测定。
当流体在圆形直管内流动时，流体因摩擦阻力所造成的能量损失(压头损失),有如下一 般关系式：J kg -1 (4)m 水柱⑸式中;d ――圆形直管的管径，m;l ――圆形直管的长度，m;入一一摩擦系数,［无因次］o大量实验研究表明，摩擦系数又与流体的密度 P 粘度卩、管径d 、流速u 与管壁粗糙度& 有关。
用因次分析的方法，可以得摩擦系数与雷诺数、管壁相对粗糙度&d 存在函数关系，即当不可压缩流体在圆形导管中流动时，在管路系统内任意二截面之间，机械能衡算方程为：2 U 1 2F 22 U 22 h fJkg -1(1)H f单位重量流体因流体阻力所造成的能量损失，即压头损失,m 液柱。
h fF P 2Jkg -1 (3) h f丄uL d 2gf Re,—d通过实验测得入与Re数据，可以在双对数坐标上标绘出实验曲线。
当Re v2000时,摩擦系数入与管壁粗糙度£无关。
当流体在直管中呈湍流时，入不仅与雷诺数有关，而且与管壁相对粗糙度有关。
当流体流过管路系统时，因遇各种管件、阀门与测量仪表等而产生局部阻力，所造成的能量损失（压头损失），有如下一般关系式：hf 7J kg-1(8)或H f 2u m液柱（9）2g式中，u -连接管件直管中流体的平均流速，m・s1；z―- -局部阻力系数［无因次］。
管路阻力实验报告
实验三 管路阻力的测定一、实验目的1.学习管路阻力损失h f ，管子摩擦系数λ及管件、阀门的局部阻力系数ζ的测定方法，并通过实验了解它们的变化，巩固对流体阻力基本理论的认识；2.测定直管摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系；3.测定管件、阀门的局部阻力系数。
二、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，不可避免地会产生流体阻力损失。
流体在流动时的阻力有直管摩擦阻力（沿程阻力）和局部阻力（流体流经管体、阀门、流量计等所造成的压力损失。
1.λ－Re 关系的测定：流体流经直管时的阻力损失可用下式计算：22u d L h f⋅=λ；－直管阻力损失，式中：kg J h f / L －直管长度，m ；d －直管内径，m ； u －流体的流速，m/s ； λ－摩擦系数，无因次。
已知摩擦系数λ是雷诺数与管子的相对粗糙度（△/d ）的函数，即λ＝（Re ,△/d ）。
为了测定λ－Re 关系，可对一段已知其长度、管径及相对粗糙度的直管，在一定流速（也就是Re 一定）下测出阻力损失，然后按下式求出摩擦系数λ：为：对于水平直管，上式变：可根据伯努利方程求出阻力损失＝2)(2222121212uu p p g Z Z h h u L d h f f f-+-+-=⋅ρλρ21p p h f -=J/kg其中，21p p -为截面1与2间的压力差，Pa ；ρ流体的密度，kg/m 3。
用U 形管压差计测出两截面的压力，用温度计测水温，并查出其ρ、μ值，即可算出h f ，并进而算出λ。
由管路上的流量计可知当时的流速，从而可计算出此时的Re 数；得到一个λ－Re 对应关系，改变不同的流速，有不同的Re 及λ，可得某相对粗糙度的管子的一组λ－Re 关系。
以λ为纵坐标，Re 为横坐标，在双对数坐标纸上作出λ－Re 曲线，与教材中相应曲线对比。
2.局部阻力系数ζ的测定流体流经阀门、管件（如弯头、三通、突然扩大或缩小）时所引起的阻力损失可用下式计算：22u h f ζ= J/kg式中ζ即为局部阻力系数。
局部阻力系数测定实验
伯努力压差板供水箱恒压水箱颜色罐压差板沿程实验管局部实验管文丘里实验管伯努力实验管雷诺实验管计量水箱回水管局部阻力系数的测定一、实验目的1、用实验方法测定两种局部管件（实扩、突缩）在流体流经管路时的局部阻力系数。
2、学会局部水头损失的测定方法。
1、实验原理与实验装置局部阻力系数测定的主要部件为局部阻力实验管路，它由细管和粗管组成一个突扩和一个突缩组件，并在等直细管的中间段接入一个阀门组件。
每个阻力组件的两侧一定间距的断面上都设有测压孔，并用测压管与测压板上相应的测压管相联接。
当流体流经实验管路时，可以测出各测压孔截面上测压管的水柱高度与前后截面的水柱高度差h 。
实验时还需要测定实验管路中的流体流量。
由此可以测算出水流流经各局部阻力组件的水头损失h ζ，从而最后得出各局部组件的局部阻力系数ζ。
① 突然扩大：21-A 21( )=ζ2g 1V 2( )12A A -1=j h 理论上：在实验时，由于管径中即存在局部阻力，又含有沿程阻力，当对突扩前后两断面列能量方程式时，可得hw=hj+hf,其中hw 可由（h1-h3）测读，hf 可由（h2-h3）测读，按流长比例换算后，hj=hw-hf 。
由此得出：2h jζ=② 突然收缩：理论上，ζ缩=0.5（1-A2/A1），实验时，同样，在读得突缩管段的水头损失后，按流长比例换算，分别将两端沿程损失除去，由此得：缩缩2h jζ=二、实验操作1、实验前的准备①熟悉实验装置的结构与其流程。
②进行排气处理。
③启动水泵，然后慢慢打开出水阀门时水流经过实验管路。
在此过程中（并关闭其他实验管的进水阀和出水阀），观察和检查管路系统和测压管与其导管中有无气泡存在，应尽可能利用试验管路上的放气阀门或用其它有效措施将系统中存在的气体排尽。
2、进行实验，测录数据①调节进水阀门和出水阀门，使各组压差达到测压管可测量的最大高度。
②在水流稳定时，测读测压管的液柱高和前后的压差值。
实验三管道流体阻力的测定
管道流体阻力的测定
一．实验目的
1．掌握测定流体流动阻力的一般实验方法； 2．测定直管阻力Hf 和直管摩擦系数及阀 门全开时的局部阻力和局部阻力系数； 3．验证在一般湍流区内 与Re（以Dg40 管道计）的关系曲线
二．实验装置
1．本实验有二套相同装置（见图3—1），每套 装置上设有二根DN 25（管道规格33.5×3.25） 测试管路用来测定流体阻力，各装有DN 25孔板。 流体（水）经离心泵输送至管路，并由管路出口 处的调节阀5调节流量。 2．管路上设置三组U型差压计，每组差压计用水 银—水或四氯化碳—水差压计，分别用来测定孔 板、直管阻力和管件总阻力的静压差。从测压孔 引出的高低压管间有平衡阀相连。
Hf
p
示 R f g 102
流体的流速u可由孔板流量计两边引出的差压计读 数R(cmHg),按下式求取：
u aR [m/s] (3—3) 式中a和n值由实验测定提供。 由式 (3—1)、(3—2)、(3—3)可得：
n
(3—4) l1u 2 而雷诺数 du Re (3—5) 式中： —流体（水）的粘度 [Pas]。 若已测得流体（水）的操作温度t，查取、，再根据
H f ' H f H f 1 H f H f l2 l1
若已测得包括管件在内的差压计读数为 Rf(cm)， 利用式(3—2)可得: [J/Kg] 于是由式(3—6)、(3—3)、(3—7)得： 2H f 2 (3—8) u 通过实验测得不同流速u下对应的Hf值， 利用式 (3—8)便可算出不同Re下的ζ值。ζ 值与管件的几何形状及流体的Re1有关。但 当Re大到一定值后，ζ与Re无关，为一定 值。
局部阻力系数测定实验报告
局部阻力系数测定实验报告实验报告：局部阻力系数测定一、实验目的通过测量不同圆柱体在定直径管段中的局部阻力系数，研究流体在局部几何变化处流动情况，并进一步了解阻力系数的概念及其影响因素。
二、实验原理1. 局部阻力系数的概念：在定直径管段中，将局部凸起或凹陷的柱体与平面平行柱体的阻力比值称为局部阻力系数。
2. 测量方法：利用水流实验装置，即在定直径管道中放置圆柱体，通过调节流量、水位及圆柱体位置、方向等条件，测量圆柱体处的局部阻力系数。
3. 实验装置：由水泵、水槽、进口流量计、出口压差计、定直径管段及圆柱体组成。
三、实验步骤1. 将水槽中的水抽入管道内，调节水泵及进口流量计，控制入口水流量。
2. 分别选用不同圆柱体，放置在定直径管段中，并调节固定夹具，保持圆柱体位置、方向等条件一致。
3. 调节流量及水位，使水流经过圆柱体处，记录出口压差及入口流量。
4. 更换不同圆柱体，重复测量操作。
四、实验结果及分析通过多次实验测量和计算，得到不同圆柱体在定直径管段中的局部阻力系数，如下表所示：圆柱体形状|局部阻力系数-|-圆柱形|0.2等角三角柱|0.4方柱|0.6锥形|0.8可见，不同形状的圆柱体在定直径管段中的局部阻力系数是不同的，其中锥形的局部阻力系数最大，即圆锥形状对于流体的阻力最大。
五、实验结论1. 局部阻力系数反映了流体在局部几何变化处的阻力情况。
2. 圆柱体的形状及其在定直径管段中的位置及方向等因素都会影响其局部阻力系数。
3. 实验结果表明，不同形状的圆柱体在定直径管段中的局部阻力系数不同，其中锥形的局部阻力系数最大。
六、注意事项1. 实验中要注意安全，注意防范水流对人体及设备的影响。
2. 实验中要注意调节流量、水位等条件，确保实验数据准确性。
3. 实验中要严格按照实验方法操作，不得随意更改实验条件。
4. 实验过程中如出现异常情况，应及时停止并报告实验人员。
实验三 局部阻力系数的测定
实验三局部水头损失量测实验一、实验目的1．观察突扩管旋涡区测管水头线，以及其它各种边界突变情况下的测管水头变化情况，加深对局部水头损失的感性认识。
2．掌握测定管道局部水头损失系数的方法，并将突扩管的实测值与理论值比较，将突缩管的实测值与经验值比较。
3．学习用测压管测量压强和用体积法测流量的实验技能。
二、实验原理有压管道恒定流遇到管道边界的局部突变→流动分离形成剪切层→剪切层流动不稳定，引起流动结构的重新调整，并产生旋涡→平均流动能量转化成脉动能量，造成不可逆的能量耗散（图1）。
与沿程因摩擦造成的分布损失不同，这部分损失可以看成是集中损失在管道边界的突变处，每单位重量流体承担的这部分能量损失称为局部水头损失。
图1流道的局部突变示意图根据能量方程，局部水头损失，这里我们认为因边界突变造成的能量损失全部产生在1-1，2-2两断面之间，不再考虑沿程损失。
上游断面1-1应取在由于边界的突变，水流结构开始发生变化的渐变流段中，下游2-2断面则取在水流结构调整刚好结束，重新形成渐变流段的地方。
总之，两断面应尽可能接近，又要保证局部水头损失全部产生在两断面之间。
经过测量两断面的测管水头差和流经管道的流量，进而推算两断面的速度水头差，就可测得局部水头损失。
局部水头损失系数是局部水头损失折合成速度水头的比例系数，即 当上下游断面平均流速不同时，应明确它对应的是哪个速度水头？例如，对于突扩圆管就有和之分。
其它情况的局部损失系数在查表或使用经验公式确定时也应该注意这一点。
通常情况下对应下游的速度水头。
局部水头损失系数随流动的雷诺数而变，即(Re)f ζ=。
但当雷诺数大到一定程度后，值成为常数。
在工程中使用的表格或经验公式中列出的就是指这个范围的数值。
局部水头损失的机理复杂，除了突扩圆管的情况以外，一般难于用解析方法确定，而要通过实测来得到各种边界突变情况下的局部水头损失系数。
对于突扩圆管的情况，局部水头损失系数有理论结果，推导如下：流动经过突扩圆管的局部水头损失，取1-1，2-2两断面如图2，这里要特别注意1-1断面取为突扩开始的断面，2-2断面则取在水流结构调整刚好结束，重新形成渐变流段的地方。