水动力学基础：局部阻力损失试验
局部阻力系数实验报告
局部阻力系数实验报告
本实验报告是基于研究局部空气阻力系数研究而撰写。
首先，实验室进行局部空气阻力系数的应力测试，其目的是为了获得空气的阻力系数。
其次，实验室采用了一种名为“局部空气阻力系数模拟实验”的物理实验方法，目的在于获取模拟实验中不同表面结构及条件下局部空气阻力系数的数值。
实验室研究了不同表面和条件下的空气阻力系数。
实验室实施基于该方法的空气阻力系数测量，在不同的条件下，实验室建造了各种不同的空气阻力模型，包括使用板材、柱杆和龙门架结构，测试了不同尺寸和几何构型的空气流条件下的局部空气阻力系数。
各测试试验的数据和实验结果报告由实验室提供，其中包括空气阻力模型各种参数、测试条件（即空气流速、压力状态、温度以及流体介质）以及各结构物表面状态等。
测量得到的数据用于计算各种表面构造结构介质空气阻力系数。
实验结果表明，不同表面构造和不同条件下的空气阻力系数均呈显著差异。
在同一表面构造的情况下，空气流的速度越快，局部空气阻力系数也越大。
压力及温度的变化也会引起空气阻力系数的增长，以及表面凹凸状态的变化也会导致阻力系数的变化。
同样的，空气的动力学性质也会影响空气阻力系数的值。
总之，通过本次对局部空气阻力系数文献研究，得到了一系列有助于深入理解和研究局部空气阻力系数特性的实验结果。
这些结果为现有空气动力学研究提供了有益的实验经验基础，可以为未来的空气动力学方面的研究提供重要的参考。
水管阻力计算公式
水管阻力计算公式是流体动力学中一个重要的概念，用于计算水管中的阻力损失。
在给定的水流速和管道条件下，通过这个公式可以精确地计算出水头损失，从而为水力设计提供依据。
在计算水管阻力时，我们需要考虑两种类型的阻力：沿程阻力和局部阻力。
沿程阻力是由于水流在管道中流动时，受到管壁的摩擦和黏滞力的作用而产生的阻力。
这种阻力与管道的长度、直径、流速、水的密度和黏滞性等因素有关。
局部阻力则是指水流在通过管道中的各种管件、阀门、弯头等局部障碍物时所产生的阻力。
这种阻力与局部障碍物的形状、尺寸、水流方向改变的程度等因素有关。
沿程阻力的计算公式是R=λ/D*(ν^2*γ/2g)，其中ν表示流速，λ表示阻力系数，γ表示密度，D表示管道直径，P表示压力，R表示沿程摩擦阻力。
这个公式是经过严格的理论推导和实验验证得出的，它可以比较精确地计算出给定条件下水流的沿程阻力。
局部阻力的计算公式是ΔP=λ*v^2/(2*g)，其中ΔP表示局部阻力，λ表示局部阻力系数，v表示水管水流速，g表示重力加速度。
这个公式也可以通过理论推导和实验验证得出，用于计算水流通过局部障碍物时的阻力损失。
在进行水力设计时，我们需要考虑水管的总阻力损失。
总阻力损失的计算公式是h(Pa)=R*l+∑ΔP*A，其中R表示单位管长直管段的沿程阻力（简称比摩阻），l表示直管段长度，A表示管段截面积。
通过这个公式，我们可以根据具体的水管长度、直径、流速和水质条件等参数，计算出总的水头损失，从而为水力设计提供依据。
在进行水力设计时，我们还需要考虑其他因素对水流阻力的影响。
例如，水质条件对水流的黏滞性和阻力系数有一定的影响；管道材料和粗糙度也会影响水流的阻力；此外，管道中的弯头、阀门等局部障碍物的数量和类型也会影响水流的局部阻力。
因此，在计算水管阻力时，需要综合考虑各种因素，以获得更加准确的结果。
综上所述，水管阻力计算公式是水力设计中一个重要的概念，它可以帮助我们精确地计算出水头损失，从而为水力设计提供依据。
局部水头损失实验报告
（2） 实验记录与计算
测试数据记录表
序号
体积
V／cm3
时间
T／s
流量
Q／（cm／s）
测压管读数
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
实验数据计算表
局部阻力形式
序号
流量
Q/( /s)
断面前测点
断面后测点
前后断面实测沿程水头损失
实测局部水头损失
3.加深对局部于流动边界急剧变化所产生的阻力称局部阻力，克服局部阻力引起的水头损失称局部水头损失。
2.从内部机理上，局部阻力或是由于边界面积大小变化引起的边界层分离现象产生 ，或是流动方向改变时形成的螺旋流动造成，或者两者都存在造成的局部阻力因此，很难能用一个公式表示。通常 ，局部水头损失用局部阻力系数ξ和流速水头的乘积表示，即
绝大多数的局部阻力系数ξ只能通过实验测定，不同的边界开关局部阻力系数ξ不同，只有少数局部阻力系数可以用理论分析得出。
如突然扩大的局部水头损失与阻力系数：
或
或
对于突然缩小的局部阻力系数为：
三、使用仪器、材料
1.自循环供水器 2.实验台 3.可控硅无级调速器 4. 水箱
5. 溢流板 6. 稳水孔板 7突然扩大实验管段 8.测压管
实测局部阻力系数
理论局部水头损
失
总水头H
总水头H
突然扩大
1
2
3
4
5
突然缩小
1
2
3
4
5
六、实验结果及分析
如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！
不同流量下渐扩段局部水头损失数值模拟
摩擦系数，无量纲；Ｖ，Ｖｘ分别为风速及其在分方向速
度（ｍ／ｓ）；Ω为科氏系数（ｓ－１）；ｐａ为大气压（Ｎ／ｍ２）。
本文是在清水定床工况下模拟 ３０，４５，６０，７５，
９０ｍ３／ｓ５种不同流量情况下渐扩段局部水头损失
的变化规律。河道底坡为０．５２％，糙率０．０１７，上游入
口条件为流量，即取上游恒定水流条件，下游出口条
ρｗ
ｘ( ｈτｘｘ)
＋ｙ( ｈτｘｙ)
＋Ωｑ－
ｆＶＶｘ
＋ｈ ρｗ
ｘ( ｐａ)
＝０。
（３）
式中：ζ为表面水位（ｍ）；ｔ为时间（ｓ）；ｐ，ｑ为沿 ｘ和 ｙ
方向的通量密度（ｍ３／ｍｓ）；ｄ为水位随时间的变化量
（ｍ）；ｈ是水深（ｍ）；Ｃ为谢才系数（ｍ１／２）；ρｗ为水密
度（ｋｇ／ｍ３）；τｘｘ，τｘｙ为有效切应力分量（Ｎ／ｍ２）；ｆ为风
第 ３５卷 第 ４期 ２０１８年 ４月
长 江 科 学 院 院 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ
ｄｏｉ：１０．１１９８８／ｃｋｙｙｂ．２０１６１２１６
Ｖｏｌ．３５ Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２ ０ １ ８
２０１８，３５（４）：８４－８７
究的是突扩或突缩断面的水头损失，对于渐扩或渐缩 断面研究甚少，研究时更多的是利用手算减小计算的 步长，以使两断面近似为缓流断面从而利用能量方程 进行计算。这种计算方法在实际应用中要求精度不 高的情况下是可行的，但比较麻烦。本文针对这种方 法提出利用 ＭＩＫＥ软件模拟的电算办法，并利用实例 进行验证，证明 ＭＩＫＥ软件计算的合理性和实用性。
件取为稳定水深水流条件，计算中固壁按定边界条
２ 模型建立
本文计算实例由明渠段、渐扩段、明渠段组成，上
水动力学基础：局部阻力损失试验
局部阻力损失试验姓名班级学号实验日期同组姓名北京航空航天大学流体所局部阻力损失试验一、实验目的要求1．掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能；2．通过对圆管突扩局部阻力系数的包达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验验证与分析，熟悉用理论分析法和经验建立函数式的途径；3．加深对局部阻力损失机理的理解。
二、实验装置本试验装置如图1所示：图1 局部阻力系数实验装置图1．自循环供水器；2．试验台；3．可控硅无级调速器；4．恒压水箱5．溢流板；6．稳水孔板；7．突然扩大实验管段；8．测压计；9．滑动测量尺；10．测压管；11．突然收缩实验管段；12．试验流量调节阀。
实验管道由小 → 大 → 小三种已知管径的管道组成，共设有六个测压孔，测孔1-3和3-6分别测量突扩和突缩的局部阻力系数。
其中测孔1位于突扩界面处，用以测量小管出口端压强值。
三、实验原理写出局部阻力前后两断面的能量方程，根据推导条件，扣除沿程水头损失可得：1．突然扩大采用三点法计算，下式中f12h -由f23h -按流长比例换算得出。
实测 221122je 12f12p v p v h [(Z )][(Z )h ]2g2gααγγ-=++-+++21e je v h /2gαζ=理论 '21e 2A (1)A ζ=- 2''1je e v h 2gαζ=2．突然缩小采用四点法计算，下式中B 点为突缩点，f4-B f3-4h h 由换算得出，fB 5f56h h --由换算得出。
实测 225544js 4f4B 5fB-5p v p v h [(Z )h ][(Z )h ]2g2gααγγ-=++--+++25s js v h /2gαζ=经验 '5s 3A 0.5(1)A ζ=- 2''5js s v h 2gαζ=四、实验方法与步骤1．测记实验有关常数。
2．打开电子调速器开关，使恒压水箱充水，排除实验管道中的滞留气体。
《流体力学》实验指导书
实验二 雷 诺 数 实 验一、 实验目的1、 观察液体在不同流动状态时流体质点的运动规律2、 观察流体由层流变紊流及由紊流变层流的过度过程3、 测定液体在圆管中流动时的下临界雷诺数2c e R二、 实验原理及实验设备流体在管道中流动，由两种不同的流动状态，其阻力性质也不同。
雷诺数的物理意义，可表征为惯性力与粘滞力之比。
在实验过程中，保持水箱中的水位恒定，即水头H 不变。
如果管路中出口阀门开启较小，在管路中就有稳定的平均速度v ，微启红色水阀门，这是红色水与自来水同步在管路中沿轴线向前流动，红颜色水呈一条红色直线，其流体质点没有垂直于主流方向的横向运动，红色直线没有与周围的液体混杂，层次分明地在管路中流动。
此时，在流速较小而粘性较大和惯性力较小的情况下运动，为层流运动。
如果将出口阀门逐渐开大，管路中的红色直线出现脉动，流体质点还没有出现相互交换的现象，流体的流动呈临界状态。
如果将出口阀门继续开大，出现流体质点的横向脉动，使红色线完全扩散与自来水混合，此时流体的流动状态微紊流运动。
图1雷诺数实验台示意图1.水箱及潜水泵2.接水盒3. 上水管4. 接水管5.溢流管6. 溢流区7.溢流板8.水位隔板9. 整流栅实验管 10. 墨盒 11. 稳水箱 12. 输墨管 13. 墨针 14.实验管15.流量调节阀雷诺数表达式e v dR ν⋅=，根据连续方程：A=v Q ，Qv A=流量Q 用体积法测出，即在Δt 时间内流入计量水箱中流体的体积ΔV 。
tVQ ∆=42d A π=式中：A —管路的横截面积；d —实验管内径；V —流速；ν—水的粘度。
三、实验步骤1、准备工作：将水箱充满，将墨盒装上墨水。
启动水泵，水至经隔板溢流流出，将进水阀门关小，继续向水箱供水，并保持溢流，以保持水位高度H 不变。
2、缓慢开启阀门7，使玻璃管中水稳定流动，并开启红色阀门9，使红色水以微小流速在玻璃管内流动，呈层流状态。
3、开大出口阀门15，使红色水在玻璃管内的流动呈紊流状态，在逐渐关小出口阀门15，观察玻璃管中出口处的红色水刚刚出现脉动状态但还没有变为层流时，测定此时的流量。
PPT-第5章流动阻力与水头损失
最大流速：
流量：
夫凹呀檬馈蜜狰丧鲁闽求靳扼砚盖淑垮颤岛壕眷驶傍蛤堆挠筋烤浓迭码羹【PPT】-第5章流动阻力与水头损失【PPT】-第5章流动阻力与水头损失
§5.4 圆管中的层流运动
二、断面平均流速
芥傅亦圆圆烹攻斩庶陪袁雷捐隶到炎寝蘸听拔瓤犬回澄吊晃貉车驾要跪臂【PPT】-第5章流动阻力与水头损失【PPT】-第5章流动阻力与水头损失
二、判别标准
1.试验发现
邯鹅兽拖盒惩猖摸竟异逼撇赘悍国哩伦札夫定桌街樊履轮微雍柴劈信佬咕【PPT】-第5章流动阻力与水头损失【PPT】-第5章流动阻力与水头损失
§5.2 黏性流体的流动型态
2.判别标准
圆管：取
非圆管：
定义水力半径 为特征长度.相对于圆管有
并巴诚形酬朽猖嘴畜梧飞凡摩链碴宋础谋迭稽魏摘履显做且椭篡杨症操澜【PPT】-第5章流动阻力与水头损失【PPT】-第5章流动阻力与水头损失
（3）
法融拙紧纠咬耪弗圭瞪佩多消京航寸俘或碎菏乡迪缸时誉气惟蔡赠绚止权【PPT】-第5章流动阻力与水头损失【PPT】-第5章流动阻力与水头损失
§5.3 恒定均匀流基本方程
二、过流断面上切应力τ的分布
仿上述推导，可得任意r处的切应力：
考虑到 ，有
故 （线性分布）
适合紊流区的公式：
烧茫烧答舵喧洗佃跪送捡沁竿奎沽究豪兰尤默言线惶闻虱涪淀麻诸携番褥【PPT】-第5章流动阻力与水头损失【PPT】-第5章流动阻力与水头损失
§5.5 圆管中的紊流运动
★为便于应用，莫迪将其制成莫迪图。
Lewis Moody
疚怂橡禹局设厨捐听极盗肥逸溅攘浙拯豁暇阮号收躲摔楼脸邢剩环钱捻贰【PPT】-第5章流动阻力与水头损失【PPT】-第5章流动阻力与水头损失
水力学 局部水头损失量测实验
水力学局部水头损失量测实验水力学是研究水流流动特性的学科，它旨在研究和分析水的流动机理，以便系统和准确地描述水的流动过程。
水头损失（水头损耗）是指水流穿过管道时，由于中间的障碍（包括水力阀、排污阀等）而产生的纵向阻力，致使水体所带来的机械能（抽水机提升的能量）减少所拥有的水头，这就是水头损失所指的含义。
局部水头损失量测实验是水力学专业研究的一个基本实验，其目的是为了研究设立的管道中的流体的流变属性，它能够反映在流线方向上的变化和弯半径变化，观测流体动力学参数的变化情况，从而为提高大型水工结构的效率提供科学依据。
它主要分为直管内流测试和阀体内流测试，其原理大致相同。
实验首先安装实验装置，将直管和阀体安装在垂直安装，装置包括液体填充管、正压值表、胸管、水池和控制器等，将实验水体从水池中泵出穿行其中，实验过程采用液体温度和压力的定时记录和比较，计算出不同的参数值，用来检验水头损失的大小。
经过实验，此种装置能够很好地检测出管道中水头损失的大小，可以改善水力学模型以及水力结构的设计。
本实验中，我们在设计水工结构MyCompany制造的水池处，进行局部水头损失量测实验，首先将水池罩体（此处用以安装阀体）安装完毕后，将水填充至下料管中，打开压力表，检查压力变化。
随后，安装完成的阀体依次加入，当装置安装完成后，系统会自动开启流量计，以观察水头损失的变化。
在实验过程中，我们经过重新检查参数，得出结论：原告安装完成后，液体填充和排水阀理想运转情况下，可以使实验控制区域水头损失控制在100厘米以内。
在实验过程中，我们也可以观测流线的变化的变化趋势，并根据实验室的数据，研究出来的结果除了对水力学领域的新发现之外，还可以作为其他设计和制造水工结构的参考依据。
总的来说，局部水头损失量实验是一种能够反映管道内水头损失大小的实验和装置，能够提高大型水工结构的效率并得出新的研究发现。
而在MyCompany制造的水池处，我们完成了局部水头损失量实验，得出结论：在此安装完成后，液体填充和排水阀运行情况下，可以使实验控制区域水头损失控制在100厘米以内。
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局部阻力损失试验
姓名
班级
学号
实验日期
同组姓名
北京航空航天大学流体所
局部阻力损失试验
一、实验目的要求
1．掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能；
2．通过对圆管突扩局部阻力系数的包达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验验证与分析，熟悉用理论分析法和经验建立函数式的途径；
3．加深对局部阻力损失机理的理解。
二、实验装置
本试验装置如图1所示：
图1 局部阻力系数实验装置图
1．自循环供水器；2．试验台；3．可控硅无级调速器；4．恒压水箱5．溢流板；
6．稳水孔板；7．突然扩大实验管段；8．测压计；9．滑动测量尺；
10．测压管；11．突然收缩实验管段；12．试验流量调节阀。
实验管道由小 → 大 → 小三种已知管径的管道组成，共设有六个测压孔，测孔1-3和3-6分别测量突扩和突缩的局部阻力系数。
其中测孔1位于突扩界面处，用以测量小管出口端压强值。
三、实验原理
写出局部阻力前后两断面的能量方程，根据推导条件，扣除沿程水头损失可得：
1．突然扩大
采用三点法计算，下式中f12h -由f23h -按流长比例换算得出。
实测 2
21
1
2
2
je 12f12p v p v h [(Z )][(Z )h ]2g
2g
ααγ
γ
-=++
-+
+
+
21
e je v h /
2g
αζ=
理论 '2
1e 2
A (1)A ζ=- 2'
'
1
je e v h 2g
αζ=
2．突然缩小
采用四点法计算，下式中B 点为突缩点，f4-B f3-4h h 由换算得出，fB 5f56h h --由换算得出。
实测 2
25
5
4
4
js 4f4B 5fB-5p v p v h [(Z )h ][(Z )h ]2g
2g
ααγγ
-=+
+
--+
+
+
25
s js v h /
2g
αζ=
经验 '5
s 3
A 0.5(1)A ζ=- 2'
'
5
js s v h 2g
αζ=
四、实验方法与步骤
1．测记实验有关常数。
2．打开电子调速器开关，使恒压水箱充水，排除实验管道中的滞留气体。
待水箱溢流后，检查泄水阀全关时，各测压管液面是否平齐，若不平，则需排气调平。
3．打开泄水阀至最大开度，待流量稳定后，测计测压管读数，同时用体积法或用重量法或用电测法测记流量。
4．改变泄水阀开度3-4次，分别测计测压管读数及流量。
5．实验完成后关闭泄水阀，检查测压管液面是否齐平？否则，需重做。
6．收拾实验台，整理数据。
五、实验报告要求
1．简要写出实验原理和实验步骤，画出实验装置。
2．记录有关常数并计算。
d 1 =D 1=______________ cm ， d 2=d 3=d 4=D 2=______________cm ，563d d D ===______________cm ， 12l 12cm -=，23l 24cm -=，34l 12cm -=，4B l 6cm -=，B 5l 6cm -=，56l 6cm -=，
'2
1e 2
A (1)A ζ=-
=______________________， '5s 3A 0.5(1)A ζ=-=_____________________ 。
3．整理、记录实验测量数据并计算。
4．将实测ζ值与理论值（突扩）或公认值（突缩）比较。
表1 记录表
表2 计算表
六、实验分析及讨论
1．结合试验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系。
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？
3．现备有一段长度及连接方式与调节阀（图1）相同，内径与试验管道相同的直管段，如何用两点法测量阀门的局部阻力系数？。