流体力学 实验一 阻力系数的测定实验
流动阻力系数
流体阻力系数的计算
局部阻力系数的计算
2P近 P远 ζ = 2 2P近 P远 ξ =ρu / 2 2 ρu / 2
实验装置
实验步骤
1.向储水槽内注水 直到水满为止 最好用蒸馏水 以保持流体清 向储水槽内注水,直到水满为止 最好用蒸馏水,以保持流体清 向储水槽内注水 直到水满为止(最好用蒸馏水 洁)。 。 2.在大流量状态下用压差表测量系统压差前 应先接通电源予热 在大流量状态下用压差表测量系统压差前,应先接通电源予热 在大流量状态下用压差表测量系统压差前 10～15 分钟 调好数字表 的零点 方可启动泵做实验。 分钟,调好数字表 的零点,方可启动泵做实验 方可启动泵做实验。 ～ 3.测量前先检查导压系统内有无气泡存在，可参阅下图（Π形 测量前先检查导压系统内有无气泡存在，可参阅下图（ 形 测量前先检查导压系统内有无气泡存在 压差计）） ））当流量由大调至 以下时,再将关闭阀 压差计））当流量由大调至 100 以下时 再将关闭阀 18， ， 20，打开阀 26 后，缓慢同时打开两侧阀 19使倒 U 型管两 ， 使倒 关紧， 端水面下降至 0 刻度左右时迅速 关紧，同时将阀门 26 关 闭，然后打开阀 18，20，将水流量调节至零，看液面是否 ， ，将水流量调节至零， 平行， 则说明系统内有气泡存在， 平行，如果不平 则说明系统内有气泡存在，需赶净气泡方 可测取数据。赶气泡的方法：将流量调至最大,把阀门 可测取数据。赶气泡的方法：将流量调至最大 把阀门 13， ， 15，16，17，18，20 全部打开，使大流量的水经 阀 18 全部打开， ， ， ， ， 处排出。 处进入 U 型玻璃管经阀 20 处排出。看 U 型 玻璃管内无明 显气泡后， 同上） 显气泡后，将水流量调节到零流量 后（同上）查看液面是 否平行。 否平行。
流体流动阻力的测定
流体流动阻力的测定一、引言流体力学是物理学的一个分支，主要研究流体的运动规律和性质。
在工程领域中，流体力学是非常重要的一门学科，涉及到许多领域，如航空、船舶、汽车、建筑等。
在这些领域中，流体的运动特性对于设备的设计和性能有着重要影响。
而测定流体流动阻力是了解这些运动特性的基础。
二、实验原理1. 流体阻力公式当一个物体在流体中运动时，会受到来自流体的阻力。
根据牛顿第二定律，物体所受合外力等于其质量乘以加速度。
因此，在水平方向上运动的物体所受合外力为：F = ma其中F为合外力，m为物体质量，a为加速度。
当物体在水平方向上运动时，在没有其他外力作用下，其所受合外力即为来自水对其作用的阻力Ff。
因此：Ff = ma将牛顿第二定律代入上式可得：Ff = 1/2 * ρ * v^2 * S * Cd其中ρ为流体密度，v为物体相对于流体的速度（即物体速度减去流体速度），S为物体所受阻力的面积，Cd为阻力系数。
2. 流体阻力的测定在实验中，我们可以通过测量物体在流体中运动时所受到的阻力来计算出阻力系数Cd。
一般来说，测量流体阻力有两种方法：直接法和间接法。
直接法是指将物体放置在流体中，然后通过测量所需施加的力来计算出流体阻力。
这种方法通常需要使用特殊设备，如浮子式流量计、翼型试验台等。
间接法是指通过测量物体在流体中运动时所需施加的外部力来计算出流体阻力。
这种方法通常需要使用天平或重量计等设备来测量物体的重量，并结合运动学公式来计算物体所受的加速度和速度等参数。
三、实验步骤1. 实验器材准备准备好天平或重量计、滑轮、绳子、小球等实验器材，并将它们固定在实验台上。
2. 实验样本制备制作一个小球样本，并将其质量称重记录下来。
3. 流动介质准备将水注入实验槽中，并将水温调节到室温。
4. 实验数据测量将小球样本用绳子系在滑轮上，并将滑轮固定在实验台上。
然后，拉动小球样本，使其开始运动，并记录下所需施加的力和小球样本的运动时间。
流体流动阻力的测定实验报告
流体流动阻力的测定实验报告摘要：通过测算不同流速和管道直径下流体的流量和压降，确定了流体流动阻力与流速和管道直径的关系，并确立了相应的流体流动阻力公式。
实验的结果表明，流体流动阻力与流速和管道直径的平方成正比，结果与理论计算值基本吻合。
一、实验原理在流体力学中，我们研究流体在管道中的运动和分布。
不同形状、不同截面的管道中，流体的流动速度和压强是不同的，流体的动能和势能也会随着时间和位置的变化而发生变化。
在流体流动中，管道内壁与流体的相互作用形成一定的阻力，这种阻力称为流体流动阻力。
实验中，我们设计了一套管道流体流动测量装置，通过测算流体在不同流速和管道直径下流量和压降，确定了流体流动阻力与流速和管道直径的关系，并确立了相应的流体流动阻力公式。
二、实验步骤1. 准备工作：将实验装置安装好，并连接好各个部件。
2. 流量测定：打开水泵，将水流导向流量计中，通过观察流量计中的示数，测定流体的流量。
3. 压降测定：利用几何水平仪测定与水平面夹角，计算出流体在管道中的压降。
4. 流速测定：通过测算流量和管道截面积，计算出流体的平均流速。
5. 重复实验：重复以上测定步骤，测定不同流速和管道直径下的流量和压降数据，以确定流体流动阻力与流速和管道直径的关系。
6. 数据处理：根据实验数据计算出流体流动阻力公式，并与理论计算值对比。
三、实验结果与分析1. 流量与管道直径的关系通过实验测定，流量与管道直径的平方成正比。
实验数据如下：流量 Q (m3/h) 1 2 3 4 5直径 D (cm) 1 1.5 2 2.5 32. 压降与流速的关系通过实验测定，压降与流速的平方成正比。
实验数据如下：流速 v (m/s) 0.67 1.13 1.33 1.51压降 h (m) 0.05 0.09 0.12 0.163. 流体流动阻力与流速和管道直径的关系根据实验得到的数据，流体流动阻力与流速和管道直径的平方成正比。
流体流动阻力公式为：f = αρv2 D2/4其中，f 为阻力系数，ρ 为流体密度，v 为平均流速，D 为管道直径，α 为系数。
化工原理实验—流体流动阻力测定实验
化工原理实验报告—流体流动阻力测定实验班级： 031112班小组：第六组指导老师：刘慧仙组长：陈名组员：魏建武曹然实验时间： 2013年10月18日目录一、实验内容 (1)二、实验目的 (1)三、实验基本原理 (1)1.直管阻力 (1)2.局部阻力 (3)四、实验设计 (3)1.实验方案 (3)2.测试点及测试方法 (3)原始数据 (3)测试点 (4)测试方法 (4)3.控制点及调节方法 (4)4.实验装置和流程设计 (4)主要设备和部件 (4)实验装置流程图 (4)五、实验操作要点 (5)六、实验数据处理和结果讨论分析 (6)实验数据处理 (6)1.实验数据记录表 (6)2.流体直管阻力测定实验数据整理表 (7)3.流体局部阻力测定实验数据整理表 (8)4.计算示例。
(9)结果讨论分析 (10)七、思考题 (11)实验一流体流动阻力的测定实验一、实验内容1.测定流体在特定材质和的直管中流动时的阻力摩擦系数，并确定和之间的关系。
2.测定流体通过阀门时的局部阻力系数。
二、实验目的1.了解测定流体流动阻力摩擦系数的工程定义，掌握测定流体阻力的实验方法。
2.测定流体流径直管的摩擦阻力和流经管件或局部阻力，确定直管阻力摩擦系数与雷诺数之间的关系。
3.熟悉压差计和流量计的使用方法。
4.认识组成管路系统的各部件、阀门并了解其作用。
三、实验基本原理流体管路是由直管、管件（如三通、肘管、弯头）、阀门等部件组成。
流体在管路中流动时，由于黏性剪应力和涡流的作用，不可避免地要消耗一定的机械能，流体在直管中流动的机械能损失为直管阻力；而流体通过阀门、管件等部件时，因流动方向或流动截面的突然改变导致的机械能损失称为局部阻力。
在化工过程设计中，流体流动阻力的测定或计算，对于确定流体输送所需推动力的大小，例如泵的功率、液位或压差，选择适当的输送条件都有不可或缺的作用。
1.直管阻力流体在水平的均匀管道中稳定流动时，由截面1流动至截面2的阻力损失表现为压力的降低，即①由于流体分子在流动过程中的运动机理十分复杂，影响阻力损失的因素众多，目前尚不能完全用理论方法来解决流体阻力的计算问题，必须通过实验研究掌握其规律。
实验1 流体流动阻力的测定
第二章 实验部分实验一 流体流动阻力的测定一、实验目的（1）了解流体流动阻力的测定方法。
（2）测定流体流过直管时的磨擦阻力，并确定磨擦系数λ与雷诺数Re 的关系。
（3）测定流体流过管件（本实验为闸阀）时的局部阻力，并求出阻力系数ξ。
（4）了解与本实验有关的各种流量测量仪表、压差测量仪表的结构特点和安装方式，掌握其测量原理、学会正确使用。
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，不可避免地会引起压强损耗。
这种损耗包括流体经过直管的沿程阻力以及因流体运动方向改变或因管子大小形状改变所引起的局部阻力。
1．沿程阻力流体在水平均匀管道中稳定流动时，由截面1到截面2，阻力损失表现在压强的降低；h f =gp p ρ21-影响阻力损失的因素十分复杂，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。
为了减少实验工作量，扩大实验结果的应用范围，可采用因次分析法将各变量综合成准数关系式。
影响阻力损失的诸因素有：（1）流体性质：密度ρ，粘度μ；（2）管路的几何尺寸：管径d ，管长l ，管壁粗糙度e ； （3）流动条件：流速u 。
可表示为：△P=f(d,l ,μ,ρ,u,e)。
组合成如下的无因次式：,,,2⎪⎭⎫⎝⎛=∆d e d l du u Pμρφρ22Re u d e dl p∙∙∙=∆⎪⎭⎫ ⎝⎛ϕρ引入⎪⎭⎫ ⎝⎛∙=d eRe ϕλ，则上式变为：gu dl pfh22∙=∆=λρ式中，λ称为直管摩擦系数，滞流时λ=64/Re ；湍流时λ与Re 的关系受管壁粗糙度的影响，需由实验求得。
根据伯努利方程可知，流体通过直管的沿程阻力损失，可直接由所测得的液柱压差计读数ΔR 算出：△p=ΔR(ρ指－ρ水)g其中：ρ指——压差计中指示液密度，kg/m 3。
本实验中用水银作指示液，被测流体为水。
ΔR ——U 型管中水银位差，m 。
g ——重力加速度，g=9.81m/s 2。
2．局部阻力局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。
实验一 流体力学实验
5
实验 流量/ 次数 （m3/h） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 4 5 6 6.6 7 7.5 8 5.5 4.5
Re 光滑管 3.30×10
4
λ光滑管 exp 0.0252 0.0240 0.0220 0.0207 0.0194 0.0200 0.0192 0.0194 0.0210 0.0217
六、 实验结果讨论
（1）在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀？为什 么？ 答：是，这样可使管中有较大压力使得气体排出。 （2）如何检测管路中的空气已经被排除干净？ 答：先检查连接软管以及传感器的出口管中有没有气泡。如果没有了，关闭 流量调节阀，看压差计的读数是否为零，如果为零，则说明气体已经排空。 （3）以水作介质所测得的λ~Re 关系能否适用于其他流体？如何应用？ 答：能适用于其他流体。通过密度和黏度换算。 （4）在不同设备上（包括不同管径），不同水温下测定的λ~Re 数据能否关 联在同一条曲线上？ 答：能关联在同一曲线上。 （5）如果测压口，孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响？ 答：没有影响，静压是由流体内部分子运动造成的，静压一定反应到压差计 高度差一定，所以对测量无影响。
计算示例：
0.0322 Re光滑管 duρ μ 7.5 1000 π 2 3600 0.0322 4 8.24 ×10 4 0.001
光滑管exp
P 2d 3910 2 0.0322 0.0207 2 7.5 lu 2 1000 2 （ ） π 2 3600 0.0322 4
2
南京工业大学化工原理实验报告
④关闭阀 2， 打开阀 1 并调节流量使转子流量计的示值分别为 3m3/h、 4m3/h、 3 4.5m /h……9m /h，测得每个流量下对应光滑管和粗糙管的压差，分别记下倒 U 形管压差计的读数； ⑤关闭阀 1，打开阀 2，重复步骤④，测得闸阀全开时的局部阻力；
实验一流体阻力测定实验
实验一 流体阻力测定实验（1）流体阻力测定一. 实验目的1、 学习直管摩擦阻力以及局部阻力的测定方法2、 测定直管摩擦阻力系数λ和局部阻力系数ξ3、 掌握直管摩擦阻力系数λ与雷诺数Re 和管子的相对粗糙度之间的关系及其变化规律 二、实验内容:1、 测定直管摩擦阻力以及直管摩擦阻力系数λ2、 测定阀门的局部阻力以及局部阻力系数ξ 三、实验原理（1）λ─Re 的计算在被测直管段的两取压口之间列柏努利方程式,可得:△P f ＝△P ( 1 )△P f L u 2h f ＝───＝λ── ── ( 2 ) ρ d 22d △P f λ＝── ── ( 3 ) L ρ u 2du ρ Re ＝─── ( 4 ) μ 符号意义:d ─管径 (m) L ─管长 (m) u ─流体流速 (m ／s) △P f ─直管阻力引起的压降 (N ／m 2)ρ─流体密度 (Kg ／m 3) μ─流体粘度 (Pa.s) λ─摩擦阻力系数 Re ─雷诺准数测得一系列流量下的△P f 之后,根据实验数据和式(1),(3)计算出不同流速下的λ值。
用式(4)计算出Re 值,从而整理出λ─Re 之间的关系, 在双对数坐标纸上绘出λ─Re 曲线。
（2）.局部阻力的计算：H f 局=ΔP 局/ρ=（2ΔP 近-ΔP 远）/ρ=ξ×（u 2/2）22up⨯∆=ρξ 四、实验装置及流程:1.实验设备流程图:水泵8将储水槽9中的水抽出,送入实验系统,首先经玻璃转子流量计2测量流量,然后送入被测直管段5或6测量流体流动的光滑管或粗糙管的阻力,或经7测量局部阻力后回到储水槽, 水循环使用。
被测直管段流体流动阻力△p可根据其数值大小分别采用变送器18或空气—水倒置∪型管10来测量。
1.实验系统流程示意图见图一所示2.压力传感器与直流数字电压表连接方法见图二五、实验方法及步骤:1.向储水槽内注水,直到水满为止。
(有条件最好用蒸馏水,以保持流体清洁)2.直流数字表的使用方法请详细阅读使用说明书。
实验一 流体流动阻力的测定
实验一 流体流动阻力的测定一、 实验目的和任务1.了解流体流过管路系统的阻力损失的测定方法；2.测定流体流过圆形直管的阻力，确定摩擦系数λ与流体Re 的关系；3.测定流体流过管件的阻力，局部阻力系数ξ；4.学会压差计和流量计的使用方法；5.识别管路中各个管件、阀门，并了解其作用；二、实验原理流体的流动性，即流体内部质点之间产生相对位移。
真实流体质点的相对运动表现出剪切力，又称内摩擦力，流体的粘性是流动产生阻力的内在原因。
流体与管壁面的摩擦亦产生摩擦阻力，统称为沿程阻力。
此外，流体在管内流动时，还要受到管件、阀门等局部阻碍而增加的流动阻力，称为局部阻力。
因此，研究流体流动阻力的大小是十分重要的。
2.1 直管摩擦系数λ测定 流体在管道内流动时，由于流体粘性作用和涡流的影响产生阻力。
阻力表现为流体的能量损失，其大小与管长、管径、流体流速等有关。
流体流过直管的阻力计算公式，常用以下各种形式表示：)2( 2gu d L H 2f λ＝或 )3( 2L P P P 221f u d ρλ＝－＝－∆ 式中h f ——以能量损失表示的阻力，J ／kg ； H f ——以压头损失表示的阻力，m 液柱；△P f ——以压降表示的阻力，N ／m 2L ——管道长，md ——管道内径，m ； u ——流体平均流速，m/s ；P ——流体密度，kg ／m 3； λ——摩擦系数，无因次；g ——重力加速度，g 一9.81m/s 2。
．λ为直管摩擦系数，由于流体流动类型不同，产生阻力的原因也不同。
层流时流体流动主要克服流体粘性作用的内摩擦力。
湍流时除流体的粘性作用外，还包括涡流及管壁粗糙度的影响，因此λ的计算式形式各不相同。
层流时，利用计算直管压降的哈根－泊谡叶公式： )4( duL 32P P P 221f μ＝－＝－∆ 和直管阻力计算公式(3)，比较整理得到λ的理论计算式为 )5( Re64du 232＝＝ρμλ⨯ 由此式可见，λ与管壁粗糙度ε无关，仅为雷诺数的函数。
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流体力学 实验一 阻力系数的测定实验
（一）实验名称：沿程阻力系数的测定
实验目的：（1）测定不同雷诺数Re 时的沿程阻力系数λ；
（2）掌握沿程阻力系数的测定方法。
实验原理：对I 、Ⅱ两断面列能量方程式，可求得L 长度上的沿程水头损失
h P P h f ∆=-=
γ
γ2
1 根据达西公式
g
v
d
L h f 22
⋅
⋅
=λ
先根据单位时间流过体积计算流量，并算出断面平均流速v ，即可求得沿程阻力系数λ。
2
2
22v
h L
gd Lv
gdh f
∆⋅
=
=λ
令
2
;2v
h k k L
gd ∆⋅
==λ则
实验设备：多功能水力学实验台，秒表。
（右图仅供参考） 实验步骤：
1、准备工作
⑴记录仪器常数d 、L ，并算出k 值。
⑵检查测压计管3、4测面是否水平（此时Q=0），如果不在同一水平面上，必须将橡皮管内空气排尽，使两测压管的测面处于水平状态。
⑶关闭无关测点的小阀门 ⑷打开设计流管相关阀门 ⑸关小总阀门 2、进行实验
⑴开泵，打开秒表，此时相关测压管中应出现较小高差。
⑵缓慢调节总阀门，记录相关压强高度、高度差、时间、体积等。
实验数据处理(下表仅参考)：
d= m L= m
NO.
h 3 h 4 h ∆ ∇ t ∆ Q V λ
(cm)
(cm)
(cm)
(l)
(s)
(l/s)
(m/s)
1
2
3
4
5
注意事项：
1、若测压管中液位较高，可调节压强控制球，使液位降至中部，以增大量测范围。
2、如出现测压管冒泡现象，不必惊慌，可调节流量或停泵重做。
思考题：
1.本实验的理论依据是什么？
2.如何使沿程阻力系数的测定结果与实际相符？
（二）（选作）实验名称：管道突然扩大和突然缩小阻力系数的测定
实验目的：（1）掌握管道突然扩大和突然缩小局部阻力系数计算公式。
（2）掌握测定管道突然扩大和突然缩小的阻力系数的方法。
实验原理： 1、突然扩大
在扩大前后取1-1及2-2断面，因管道系水平放置，可列出上述
断面的能量方程如下：
ξ
++
=
+g
V r
P g
V r P 222
2
22
1
1g
V 22
2
g
V
g V V r P P 2222
2
2
2
12
1-+
-=
ξ
2、突然缩小
在缩小前后取3-3及4-4断面，列能量方程式
ξ
++
=
+g
V r
P g
V r P 222
4
42
3
3g
V 22
4
g
V
g V V r P P 2224
2
4
234
3-+
-=
ξ
实验设备：多功能水力学实验台、秒表 实验步骤：A 、突然扩大
1、准备工作
（1） 检查测压管9、10液面是否水平（此时Q=0），如不水平，必须将橡皮管
内空气排尽，使两测压管9、10液面水平。
（2） 关闭测点1、2、3、4、5、6、7、8、11、12的小阀门。
（3） 打开大阀门2、4、5、9、10。
（4） 关闭大阀门3、6、7、8。
2、进行实验
（1） 开泵，打开大阀门1，打开秒表。
此时测压管9、10应出现较小高差。
（2） 缓慢调节大阀门2，使测压管9、10中压差出现最大，记录最大压差值。
停泵，记录时间，记录计量箱内水的体积。
实验数据处理：
r
P h r P h 2
101
9,==
d 1= d 2= 数据记录及计算结果，见下表 NO. h 9 （cm ）
h 10 (cm) ∇ (cm 3
)
t (s) Q
(cm 3
/s) V 3
(cm/s) g
V 22
3
V 4 (cm/s) g
V 22
4
ξ
1 2 3
B 、突然缩小
1、准备工作
（1） 检查测压管11、12液面是否水平（此时Q=0），如不水平，必须将橡皮管内空气排尽，使两测压管11、12液面水平。
（2） 关闭测点1、2、3、4、5、6、7、8、9、10的小阀门。
（3） 打开大阀门2、4、5、9、10 （4） 关闭大阀门3、6、7、8
2、进行实验
（1） 开泵。
打开阀门1，打开秒表。
此时测压管11、12出现较小高差。
（2） 缓慢调节阀门2，使测压管11、12中的压差出现最大，记录最大压差值。
停泵，记录时间，记录计量箱内水的体积。
实验数据处理：
r
P
h r P h 412311,==
d 1= d
2
=
NO. h
11h
12
∇
(cm3)
t
(s)
Q
(cm3/s)
V
3
g
V
2
2
3V
4
g
V
2
2
4ℑ
1
2
3
注意事项：
如出现测压管冒水现象，不必惊慌，可把大阀门10全开或停泵重做。
思考题：
1.本实验的理论依据是什么？
2.怎样使管道突然缩小局部阻力系数与课本表5-5相符？。