1.流体阻力
流体阻力实验MicrosoftWord文档
实验一 流体流动阻力测定实验1 实验目的（1）掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。
（2）识别组成管路的各种管件、阀门的结构、使用方法和性能。
（3）学习压差计、流量计的使用方法。
（4）学习光滑直管和粗糙直管的摩擦系数λ与雷诺准数Re 的测量方法，并验证流体处于不同流动类型时的λ与Re 二者间的关系。
（5）测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数ξ。
2 基本原理2.1 直管摩擦系数λ与雷诺数Re 的测定流体在管内从一个截面流到另一个截面时，由于流体具有粘性，流体层之间的分子动量传递产生的内摩擦阻力，或由于流体之间的湍流动量传递而引起的摩擦阻力，我们将这部分机械能称为能量损失。
下面给将介绍圆形直管摩擦系数与雷诺数的实验测定方法。
对于不可压缩流体在水平等直径直管内作定态流动，根据伯努利方程有：2ff 2P L u h d λρ∆==⨯ （1.1）（1.1）式中：h f —压头损失，J/kg ；L —两测压点间直管长度，m ；d —直管内径，m ；λ—摩擦阻力系数；u —流体流速，m/s ；ΔP f —直管阻力引起的压降，N/m 2；ρ—流体密度，kg/m 3。
将（1.1）式经适当变形，可以得到摩擦系数的表达式，即：f22P d L u λρ∆=⨯（1.2） 雷诺准数定义式如下：du Re ρμ=（1.3）（1.2）式中：µ—流体粘度，Pa.s 。
在管壁粗糙度、管长和管径一定的条件下，本实验将选择水作为流体，通过改变水的流量，并测得不同流量下的ΔP f 值，连同L 、d 、u 和ρ（对一定流体来说，ρ和μ都是温度的函数，可以根据流体的种类及温度从手册中查出）一同带入式（1.2）和（1.3），将能够分别求出不同流量下的直管摩擦系数λ和雷诺准数Re ，从而整理出λ与Re 的关系并绘制二者关系曲线。
2.2 测定局部阻力系数（1）局部阻力系数ξ的测定。
局部阻力损失的计算方法有两种，即局部阻力系数法和当量长度法。
流体阻力
1.4 流体流动现象
1.4.2 滞流与湍流的比较 ①流体质点运动的方式----基本特征
管内滞流时，流体质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点 互不碰撞，互不干扰。 流体可以看作无数同心圆筒薄层一层套一层作同向平行运动。 管内湍流时，流体质点作不规则的杂乱运动，相互碰撞，产 生大大小小的漩涡。碰撞阻力＞＞黏性阻力 管内湍流时，流体质点在沿管轴流动的同时还伴着随机的 径向脉动，任一点处的速度大小和方向都随时变化。微观 上为不稳地流动，但宏观上可以当做稳定流动处理。
形体阻力：固体表面形状造成边界层分离而引起能量损耗
摩 擦 阻 力 流 体 绕 过 固 体 的 阻 力 （ 局 部 阻 力 ） 形 体 阻 力
流体在管径突然扩大或缩小，或流经直角、弯管、球体等情 况时，会发生倒流，引起流体与固体壁面发生分离现象，并 产生大量的旋涡，结果造成流体能量的损失。
1.4 流体流动现象
= d D
D
1.4 流体流动现象
2. 流动形态的判据---- Reynold’s number 雷诺数反映了流体流动的湍动程度，可以判断 流体的流动型态。 当Re≤2000，为滞流（层流）laminar flow Re≥4000，为湍流（紊流）turbulent flow Re≥10000时，为稳定的湍流。 2000＜Re＜4000，为过度流(transitional flow) 是一种不稳定的状态。
研究边界层的意义：
-速 度 梯 度 d u / d y 较 大 边 界 层 区 -速 主 流 区 度 梯 度 d u / d y ≈0
在边界层内，∵du/dy较大，∴内摩擦阻力也较大； 主流区内，du/dy≈0，内摩擦阻力也≈0，∴主流 区的流体可视为理想流体。 ∴粘性的影响限制在边界层内，并且传热和传质的阻力 也限制在边界层内，使实际流体的流动问题大大简化了
化工原理实验报告流体流动阻力
化工原理实验报告流体流动阻力实验目的：通过测量不同条件下流体的流动阻力，并对结果进行分析，了解流体流动的基本特性及其影响因素。
实验原理：1. 流动阻力：当流体通过管道或孔隙时，会受到管道或孔隙壁面的阻力而产生阻碍，这种阻碍就被称为流动阻力。
流动阻力与管道长度、管道直径、流速和流体黏度有关。
2. 流量：单位时间内流体通过管道或孔隙的量称为流量，单位是立方米/秒。
3. 流速：流体通过管道或孔隙时，在单位时间内被运动到的体积与管道截面积的比值，称为流速，单位是米/秒。
4. 压力损失：流体流动时被阻碍形成的压差称为压力损失，即高压端压力减低压端压力差。
压力损失随着管道长度的增加而增加，随着管道内径的减小而增加，而随着粘度的增加而减小。
实验器材：1. 倾斜漏斗2. 液压流量表3. 钢尺4. 塑料软管实验步骤：1. 将倾斜漏斗放置在流量计上方，开启阀门，记录液位高度和流量计读数。
2. 改变管道长度（截面积不变），分别记录不同长度下的压力损失和流速。
3. 改变管道截面积（长度不变），分别记录不同截面积下的压力损失和流速。
4. 改变流体黏度（管道长度和截面积均恒定），分别记录不同粘度下的压力损失和流速。
实验结果：实验数据记录：试验条件管道长度（m）管道直径（mm）流量（L/min）流速（m/s）压力损失（Pa）:: :: :: :: :-: ::1 2 8 12.81.28 2002 4 8 12.0 0.60 4003 6 8 10.5 0.35 6004 2 6 10.7 1.07 1755 2 4 9.5 1.58 1506 2 8 12.8 1.28 2007 2 8 10.4 1.04 1608 2 8 9.3 0.93 1209 2 8 12.8 1.28 20010 2 8 6.70.67 24011 2 8 12.8 1.28 20012 2 8 7.2 0.72 20013 2 8 12.8 1.28 20014 2 8 8.5 0.85 200根据数据可得，流量和流速随着管道长度、管道截面积和流体黏度的增大而减小，压力损失随着这三个因素的增大而增大。
实验一 流体流动阻力测定实验
图4-2流体流动阻力测定实验装置流程图
⑴—大流量调节阀；⑵—大流量转子流量计；⑶—光滑管调节阀；⑷—粗糙管调节阀；⑸—光滑管；⑹—粗糙管；⑺—局部阻力阀；⑻—离心泵；⑼—排水阀；⑽倒U管⑾⑾’—近端测压点；⑿⑿’—远端测压点；⒀⒀’—切断阀；⒁⒁’—放空阀；⒂⒂’—光滑管压差；⒃⒃’—粗糙管压差；⒄—数字电压表；⒅—压差变送器
4.1 流体流动阻力测定实验
一、实验目的
⒈学习直管摩擦阻力△Pf、直管摩擦系数的测定方法。
⒉掌握直管摩擦系数与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。
⒊掌握局部阻力的测量方法。
⒋学习压强差的几种测量方法和技巧。
⒌掌握双对数坐标系的使用方法。
二、实验内容
⒈测定实验管路（光滑管和粗糙管）内流体流动的阻力和直管摩擦系数。
在b~b＇之间列方程式：Pb－Pb＇=△Pf，bc+△Pf，b＇c＇+△P＇f
=△Pf，a b+△Pf，a＇b＇+△P＇f（4-7）
联立式(1-6)和(1-7)，则：
＝2(Pb－Pb＇)－(Pa－Pa＇)
为了实验方便，称(Pb－Pb＇)为近点压差，称(Pa－Pa＇)为远点压差。用差压传感器来测量。
四、实验装置
飛沙的流体阻力测定实验
一、实验目的
1．学习直管摩擦阻力压力降△pf、直管摩擦系数λ的测定方法；
2．掌握不同流量下摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系及其变化规律；
3．学习压差对数坐标系的使用方法。
二、实验原理
三、实验仪器及药品
图流动阻力实验流程示意图
1-水箱；2-离心泵；3、4-放水阀；5、13-缓冲罐；6-局部阻力近端测压阀；7、15-局部阻力远端测压阀；8、20-粗糙管测压回水阀；9、19-光滑管测压阀；10-局部阻力管阀；11-U型管进水阀；12-压力传感器；14-流量调节阀；15、16-水转子流量计；17-光滑管阀；18-粗糙管阀；
流体阻力实验
流体流动阻力的测定实验报告班级：化工1302姓名：***学号：**********完成日期：2015-11-12流体流体阻力的测定一、 实验目的及任务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λ及突然扩大管的局部阻力系数ξ。
③ 测定层流管的摩擦阻力。
④ 验证在湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺数Re 和相对粗糙度的函数。
⑤ 将所得的光滑管的λ-Re 与Blasius 方程相比较。
二、 基本原理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。
影响流体流动阻力的因素较多，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，以及流动状态有关，可表示为：Δp =f (d,l,u,p,μ,ε)引入无量纲数:雷诺数 Re d uρμ=相对粗糙度d ε管子长径比 ld从而得到： 2(,,)p du lu d dρερμ∆=ψ 令(Re,/)d λε=Φ2(Re,)2pl u d d ερ∆=Φ 可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系，这种关系可用实验方法直接测定。
22f pl u H d λρ∆==⨯———————————（1）式中f H ----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 ；λ----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摩擦阻力。
根据伯努利方程找出不同Re 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，这样就可以得出某一相对粗糙度下管子的λ-Re 关系。
第一章流体的流动阻力
的圆形管。当量直径用de表示，水力半径用rH表示。
我们来一下圆管的直径：
内径为d，长为l，其内部可供流体流过的体积
为πd2l/4，其被润湿的内表面积为πdl，因此有 下列关系:
π 2 πd d l 流通截面积 4 4 d 4 4 4 πdl πd 润湿周边长
2
对非圆形管：可以类比上式而得到其当量直径为：
实际管的当量粗糙度 管壁粗糙度对阻力系数λ的影响首先是在人工 粗糙管中测定得。人工粗糙管是将大小相同得砂 粒均匀地粘着在普通管壁上，人为地造成粗糙度， 因而其粗糙度可以精确测定。工业管道内壁得凸 出物形状不同，高度也参差不齐，粗糙度无法精 确测定。实践上通过试验测得阻力损失并计算λ 值，然后由图1-27反求处相当得相对粗糙度，称 为实际管道得当量相对粗糙度。由当量相对粗糙
与壁面间出现边界层分离，产生漩涡，因此有能
量损失。
②突然缩小
突然缩小时，流体在顺压强梯度下流动，不
致于发生边界层脱离现象，因此在收缩部分不会 发生明显的阻力损失。但流体有惯性，流道将继 续收缩至O-O面后又扩大。这时，流体在逆压强梯 度下流动，也就产生了边界层分离和漩涡。因此 也就产生了机械能损失，由此可见，突然缩小造
流通截面积 d 4 润湿周边长
对长a，宽b为的矩形管道：
ab d e 4 2a b
当a＞3b时，此式误差比较大。
对于外管内径为d1，内管外径为d2的套管环
隙
π 2 2 d1 d 2 4 d e 4 d1 d 2 π d1 d 2
• 一套管换热器，内管与外管均为光滑管， 直径分别为垆 30x2.5mm与 56X3mm。平 均温度为400C的水以每小时10m3的流量流 过套管的环隙。试估算水通过环隙时每米 管长的压强降。
流体阻力系数
流体阻力系数一个物体在流体（液体或气体）中和流体有相对运动时，物体会受到流体的阻力。
阻力的方向和物体相对于流体的速度方向相反，其大小和相对速度的大小有关。
在相对速率v 较小时，阻力f的大小与v 成正比：f = kv式中比例系数k 决定于物体的大小和形状以及流体的性质.在相对速率较大以致于在物体的后方出现流体漩涡时,阻力的大小将与v平方成正比。
对于物体在空气中运动的情形,阻力f = CρAv v/2式中，ρ是空气的密度,A 是物体的有效横截面积，C 为阻力系数。
物体在流体中下落时，受到的阻力随速率增大而增大，当阻力和重力平衡时，物体将以匀速下落。
物体在流体中下落的最大速率称为终极速率，又称为收尾速率。
对在空气中下落的物体，它的终极速率为：如图关键字：2.2.4 流体流动阻力的计算流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。
化工管路系统主要由两部分组成，一部分是直管，另一部分是管件、阀门等。
相应流体流动阻力也分为两种：直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力；局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力。
1. 流体在直管中的流动阻力如图1-24所示，流体在水平等径直管中作定态流动。
在1-1′和2-2′截面间列柏努利方程，因是直径相同的水平管，若管道为倾斜管，则由此可见，无论是水平安装，还是倾斜安装，流体的流动阻力均表现为静压能的减少，仅当水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。
把能量损失表示为动能的某一倍数。
令则（2-19）式（2-19）为流体在直管内流动阻力的通式，称为范宁（Fanning）公式。
式中为无因次系数，称为摩擦系数或摩擦因数，与流体流动的Re及管壁状况有关。
根据柏努利方程的其它形式，也可写出相应的范宁公式表示式：压头损失（2-20）压力损失 (2-21)值得注意的是，压力损失是流体流动能量损失的一种表示形式，与两截面间的压力差意义不同，只有当管路为水平时，二者才相等。
流体阻力计算公式
流体阻力计算公式
流体的阻力计算公式一般由常见的抗力阻力公式组成，如流体通过圆柱形管道的阻力公式、流体通过椭圆形管道的阻力公式、流体通过拱形管道的阻力公式等。
常见的抗力系数公式是：Darcy-Weisbach公式：f =
0.25/((logR_e/D)^2），其中f代表抗力系数，R_e 代表管道内水动力学参数，D代表管道直径。
另外，根据流体特性和流动形式，还有Kutta-Joukowski公式、Swamee-Jain公式、Hazen-Williams公式等，它们主要用于计算圆柱形热水管的抗力系数。
此外，还有几何参数阻力公式，例如管内凹凸变形阻力公式、管外凹凸变形阻力公式、流体转弯阻力公式、流体转角阻力公式、流体过渡阻力公式、流体通过阀门和其他隔断装置阻力公式等，用于计算管道中的水流形态变化对流体阻力的影响。
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温度20.1℃998.21.005
h7h8△h/mmH2O△p/N·m-2理论值实测值
1200.071702.57494489548.9620.0910.13072.846689
2300.106#######488481768.5460.0610.08133.02278
3400.141#######482473988.1310.0460.05883.147719
4500.177#######47246012117.5080.0360.05023.244629
5600.212#######46344815146.8850.0300.04363.32381
6900.318#######41137437362.3170.0420.04783.499902
71200.424#######34528362607.1250.0390.04503.62484
81600.566#######2131101031008.6110.0370.04213.749779
理论值实测值
10.40.55387820.03270.021060.38553.9436
21.01.382219550.02600.0246360.37014.3415
31.62.210351280.02310.0223920.36944.5457
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52.83.868614750.02010.02012810.36844.7887
63.44.697746480.01910.01944.8730
74.05.526878210.01840.01924.9436
lgRe20.027.42.25.19.0倒U型压差计液柱高度/mmH2OlgRe14.1流速/m·s-1Re密度ρ㎏/m3λλh1-h2/mmH2090°弯头ξ粘度η/0.001Pa·s序号
流量
/L·h
-1
序号0.3流量/m3·h-1流速/m·s-1Re
压差变送器
△p/kN·m
-2
0.010
0.030
0.050
0.070
0.090
0.110
0.130
0.150
2.5000 3.0000 3.5000 4.0000 4.5000 5.0000
摩
擦
系
数
λ
logRe
层流
湍流
过渡流
9185
159123
264172
406232
577296
h1h2