流动阻力的影响因素
流体流动阻力测定实验报告思考题
一、实验目的1. 了解流体流动阻力的产生原因及影响因素。
2. 掌握流体流动阻力测定实验的基本原理和方法。
3. 分析实验数据，验证流体流动阻力与雷诺数、管径、流速等因素之间的关系。
二、实验原理1. 流体流动阻力产生的原因：流体在管道内流动时，由于分子间的摩擦力、湍流产生的涡流等，导致流体在流动过程中产生能量损失，这种能量损失即为流体流动阻力。
2. 流体流动阻力的影响因素：流体流动阻力与雷诺数、管径、流速、流体密度、粘度等因素有关。
3. 流体流动阻力测定实验原理：通过测量流体在管道内流动时的压力损失，计算出流体流动阻力。
三、思考题1. 在实验过程中，如何确保实验数据的准确性？（1）选择合适的实验装置，保证实验装置的精度和稳定性。
（2）控制实验条件，如温度、压力等，尽量减小实验误差。
（3）多次重复实验，取平均值，提高实验数据的可靠性。
2. 实验中，如何判断流体流动状态为层流或湍流？（1）通过雷诺数Re的大小判断：当Re≤2000时，流体流动状态为层流；当Re>4000时，流体流动状态为湍流。
（2）观察流体流动现象：层流时，流体流动平稳，无明显波动；湍流时，流体流动剧烈，伴有涡流产生。
3. 实验中，如何确定管段长度对实验结果的影响？（1）在实验过程中，选择不同长度的管段进行实验，观察压力损失的变化趋势。
（2）通过对比不同管段长度的实验数据，分析管段长度对实验结果的影响。
4. 实验中，如何分析实验数据，验证流体流动阻力与雷诺数、管径、流速等因素之间的关系？（1）根据实验数据，绘制雷诺数、管径、流速与流体流动阻力之间的关系曲线。
（2）分析曲线，得出结论：流体流动阻力与雷诺数、管径、流速等因素之间存在一定的关系。
5. 实验中，如何处理实验数据，减小实验误差？（1）选择合适的实验方法，如多次重复实验、取平均值等。
（2）分析实验数据，排除异常值，提高实验数据的可靠性。
（3）对实验数据进行拟合，分析实验数据的规律性。
机电工程技术——了解流体流动阻力的影响因素
2．准平衡过程：过程的实现是平衡状态被打破的结果，但每一中间状态，既离开平衡状态，又无限接近于平衡状态，这样的过程称为准平衡过程。
3．可逆过程：热力系统完成某一准平衡过程之后，若能够沿原变化返回其初始平衡状态，且对系统和外界均不留下任何影响，则称该过程为可逆过程。
反之则为不可逆过程。
实际中的热力过程都是不可逆过程，因为过程中存在着各种各样的能量损失，系统与外界不可能不留下变化而返回到初始状态。
4．热力循环：如果系统经历若干个不重复的过程，最终又回到初始状态，所形成的封闭的热力过程叫做热力循环。
热力过程中，系统通过边界与外界传递的能量即热量与功。
热量与功是过程量，是用来衡量热力系统与外界进行能量传递的尺度。
四、热力学第一定律；热力学第一定律可以表述为“来源：建设工程教育网热可以变为功，功也可以变为热。
一定量的热消失时，必产生与之数量相当的功；消耗一定量的功时，也必出现相应数量的热”。
其基本表达形式为进入系统的能量一离开系统的能量一系统储存能量的增加来源：建设工程教育网在实际的热力设备中进行能量转换，工质要在热力装置中循环不断地流经相互衔接的热力设备，完成不同的热力过程，才能实现热与功的转换，分析各种热力设备时，常把它们看作开口系统（如锅炉、汽轮机），并且认为工质在流经热力设备时，流人和流出系统的质量流量不随时间变化，系统任何一点的参数和流速不随来源：建设工程教育网 时间变化，系统内的储存能不随时间变化，单位时间内加入系统的热量和系统对外所做的功也不随时间改变。
这样的流动过程称为稳定流动。
很多实际的流动过程都可以作为稳定流动过程处理。
这样热力学第一定律在开口系统可以简化为进入系统的能量一离开系统的能量五、热力学第二定律热力学第二定律的表述方法有以下几种：（1）热不可能自发地、不付代价地从低温物体传向高温物体。
（2）凡是有温度差的地方都能产生动力。
（3）不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化成为功而不留下其他任何变化的热力发动机。
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
流体流动阻力实验报告
流体流动阻力实验报告引言流体力学是研究流体在运动中的行为及其影响的学科。
流体流动阻力是流体力学中的一个重要概念，它在各个领域都有广泛的应用。
本实验旨在通过测量流体在管道中流动时所产生的阻力，探究流体流动阻力的特性和影响因素。
实验目的1. 理解流体流动阻力的概念和意义；2. 探究流体流动阻力与管道直径、流速等因素的关系；3. 学习使用实验仪器和测量方法。
实验原理根据流体力学的基本原理，流体在管道中流动时，会受到管壁的摩擦力和流体内部分子之间的黏滞力的阻碍，从而产生阻力。
阻力的大小与流体的黏性有关，也与管道的形状、管径、流速等因素密切相关。
根据液体在静止时的压强和动能守恒定律，可以推导出流体流动阻力的计算公式。
实验装置与仪器1. 实验装置：包括液压台、流体供给装置、流量计、压力计等；2. 测量仪器：包括尺子、计时器等。
实验步骤1. 搭建实验装置，保证装置的稳定性；2. 调整流量控制阀，使流量计示数稳定在一定数值；3. 测量管道的直径和长度，并记录相关数据；4. 开始实验，打开液压台的电源，使流体进入管道；5. 启动计时器，测量流体通过管道的时间；6. 停止计时器，记录流量计示数和压力计示数；7. 根据实验数据计算流体流动阻力，并进行数据处理和分析。
实验结果与讨论通过多次实验，我们得到了不同流速下的流量计示数和压力计示数。
根据实验数据，我们可以计算出不同流速下的流体流动阻力。
分析实验结果，我们发现以下几点规律：1. 随着流速的增加，流体流动阻力呈线性增加的趋势。
这是因为流速增加会导致流体与管壁摩擦力增加，从而增加流动阻力。
2. 随着管道直径的增加，流体流动阻力减小。
这是因为管道直径增加会使流体流动的截面积增大，减小单位面积上流体的速度，从而减小流动阻力。
3. 随着管道长度的增加，流体流动阻力增加。
这是因为管道长度增加会导致流体流动的摩擦面积增大，从而增加流动阻力。
结论通过本次实验，我们深入了解了流体流动阻力的特性和影响因素。
1.4 边界层和阻力公式
x 0
dp / dy 0, 认为是实际流体流动 , 产生流动阻力
u x u0，du dy 0， * 边界层外， y ， 看作是理想流体流动 , 无流动阻力
层流边界层 u∞ u∞ δ A x0 u∞
y 0、ux 0 * 壁面处，
湍流边界层
层流边界层 湍流边界层Biblioteka u 0.99uu∞
u∞
u∞
A
δ 层流内层 平板上的流动边界层
例：
x0
20C的空气以10m/s流过平板时，在距离平板前
缘100mm处，边界层厚度约为1.8mm
1、平板上流体的流动边界层 边界层意义：
流动阻力及速度梯度，主要集中在边界层内 边界层内， y ，u u
p：任意两点间的压力差
2、总阻力 直管阻力（粘滞力引起） 局部阻力（形体阻力） 总阻力=直管阻力+局部阻力
Pi2
FIC
Pi1
一、圆形直管内的阻力损失 1、范宁公式 公式推导： 稳态流动流体 作受力分析
F F F
P
G
Ff 0
压力差：FP ( p1 p2 ) A
重力：FG gpV cos gA( z1 z2 )
其中，n f ( Re )
Re： 1.1105 3.2 106时，n 1 7 u 0.82 （常用公式） umax
书P39 图1.4.12：给出算图，查取平均流速 坐标：
Re u Re,max umax
问题：求平均流速的方法
1、速度分布未知
2、速度分布已知
qV u S u 0.5umax （层流）
提出问题?
3、强化传递过程的流动条件及其代价。 湍流时传热、传质，传递阻力↓↓，强化过程。 代价： 流动阻力↑↑，动力消耗↑。
环境工程原理第三章5-6节
[ML1t2 ] K [L] a[L] b[Lt 1] c[ML3] e[ML1t1] f [L] g [ML1t 2 ] K [M] e f [L] abc3e f g [t] c f
④根据量纲一致性原则，等号两端同名量纲指数相等
[M]： 1 e f [L]： 1 a b c 3e f g [t]： 2 c f
层流：流速慢，与管壁凸出部分无碰撞作用，流动阻 力或摩擦系数与管壁粗糙度无关，只与Re有关
湍流：当δb >ε时,管壁粗糙度对流动阻力的影响与层 流时相近，此为水力光滑管。
当δb≈ε时，压降随速度变化比层流大，流体粘
性影响比层流小。 δb<ε, Re大到一定程度，层流内层薄得足以使壁面凸出 部分都伸到湍流主体中，质点碰撞加剧，粘性力不再 起作用，包括粘度在内的Re不再影响摩擦系数大小， 流动进入了完全湍流区，此为完全湍流粗糙管。
以b，f，g表示a，c，e，则有：
a b f g c2 f e 1 f
代入（2）式，得：
pf Kd b f glbu2 f 1 f f g
⑤ 将指数相同变量组合成4个变量群，即无量纲数群
pf
u2
K
l d
b
du
f
d
g
欧拉 管子 雷诺 相对 数Eu 长径比 数Re 粗糙度
umax
2. 如果流量固定，管径变化， △pf 和d 关系
Pf
32
l
Vs d2
/
4
d2
128 lVS d4
Pf
1 d4
【例】圆管直径d =200mm，管长l =1000m，输送运动黏度v = 1.6cm2/s的石油，流量qv=144m3/h，求沿程阻力损失。
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。
2-5管内流动阻力
实际流动中的阻力计算
分别计算下列情况下，流体流过φ 76×3mm、长10m的水平钢管 的能量损失、压头损失及压力损失。（1）密度为 910kg/m3、粘度 为72cP的油品，流速1.1m/s；（2）20℃的水，流速为2.2 m/s。 解：（1）油品：首先判断流体流动形态 du 0.07 910 1.1 Re 973 2000 3 72 10
0.3164 0.25 Re
1
其适用范围为Re＝5×103～105 。
考莱布鲁克（Colebrook）式
2 18.7 1.74 2 log d Re
此式适用于湍流区的光滑管与粗糙管直至完全湍流区。
23:21:03
1-5 流动阻力 （28）
14
管壁的绝对粗糙度和相对粗糙
进口 0.5
出口 1
u
23:21:03
1-5 流动阻力 （28）
22
流体流动系统中的局部阻力
当流体从管子直接排放到管外空间时，若截面取管出口内侧，则 表示流体并未离开管路，此时截面上仍有动能，系统的总能量损失不 包含出口阻力；若截面取管出口外侧，则表示流体已经离开管路，此 时截面上动能为零，而系统的总能量损失中应包含出口阻力。
阻力系数法：克服局部阻力所消耗的机械能，表示为动能的某一倍数
2 u h 'f 2
即
ζ 称为局部阻力系数，一般由实验测定。 常用管件及阀门的局部阻力系数见教材。
注意：当管截面突然扩大和突然缩小时，速度u均以小管中的速度计。
当流体自容器进入管内 进口 0.5 称为进口阻力系数；
出口 1 当流体自管子进入容器或从管子排放到管外空间， 称为出口阻力系数。
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流动阻力的影响因素
流动阻力是指物体在空气或其他流体中移动时，由于物体分段表面与流体间的互相摩擦而产生的力量，它起着重要作用，影响着物体的速度和运动。
影响流动阻力的因素有：
1. 粘度：粘度是指流体中各种分子间的碰撞及聚集形成的力量大小，流体的粘度越大，流动阻力也就越大。
2. 表面粗糙度：表面粗糙度指的是物体表面的不平整程度，若物体表面越不平整，流动阻力也就越大。
3. 空气压：空气压是指空气在移动过程中碰撞物体表面时所产生的力量，空气压越大，流动阻力也就越大。
4. 温度：温度是影响流体粘度的重要因素，随着温度的升高，物体表面的摩擦就会减少，流动阻力也就在减小。
5. 速度大小：速度大小是影响流动阻力的重要因素，若物体移动的速度越快，流动阻力也就越大。
6. 流体粘度：流体的粘度是影响流动阻力的一个重要因素，流体的稠度越大，流动阻力就越大。
以上就是影响流动阻力的几个因素，正确掌握这些因素，就能够更加清楚地控制流动阻力，为运动提供理想的效果。