局部阻力系数只与形状有关
《流体力学》第四章 流动阻力和能量损失4.8-4.9
2
实验研究表明：局部损失和沿程损失一样，不 同的流态遵循不同的规律。
如果流体以层流经过局部阻碍，而且受干扰后仍能 保持层流的话,局部阻力系数为： B
z=
Re
要使局部阻碍处受边壁强烈干扰的流动仍能保 持层流，只有当Re远小于2000才有可能。因此， 以紊流的局部损失讨论为主。
局部阻碍的种类很多，但按其流动特性 来分，主要是过流断面的扩大或收缩、流动 方向的改变、流量的合入与分出三种基本形 式以及这几种形式的不同组合。
2 a 1v12 a 2 v2 hm = 2g 2g v2 + (a 02 v2 - a 01v1 ) g
av a v v2 hm = + (a 02 v2 - a 01v1 ) 2g 2g g
(v1 - v2 ) hm = 2g
2
2 1 1
2 2 2
（取动能、动量修正系数均为1）
突然扩大的水头损失等于以平 均流速差计算的流速水头。 断面突然扩大时的水流图形
gQ p1 A2 - p2 A2 + g A2 ( Z1 - Z 2 ) = (a 02 v2 - a 01v1 ) g
Q = v2 A2 p1 p2 v2 ( Z1 + ) - ( Z 2 + ) = (a 02v2 - a 01v1 ) g g g
将上式代入能量方程
2 p1 a 1v12 p2 a 2 v2 hm = ( Z1 + + ) - (Z2 + + ) g 2g g 2g
Re=1000000时弯管的局部阻力系数
序号 断面形状 R/d(R/b) 1 圆形 方形 h/b=1.0 矩形 h/b=0.5 矩形 h/b=2.0
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一、实验目的1、掌握流体流经直管和管件时阻力损失的测定方法。
2、了解摩擦系数λ与雷诺数 Re 之间的关系。
3、学习压强差的测量方法和数据处理方法。
二、实验原理流体在管内流动时，由于黏性的存在，必然会产生阻力损失。
阻力损失包括直管阻力损失和局部阻力损失。
1、直管阻力损失根据柏努利方程，直管阻力损失可表示为：＼（h_f ＝＼frac{＼Delta p}｛ρg}＼）其中，＼（h_f\）为直管阻力损失，＼（＼Delta p\）为直管两端的压强差，＼（ρ\）为流体密度，＼（g\）为重力加速度。
摩擦系数\（λ\）与雷诺数\（Re\）及相对粗糙度\（＼frac{＼epsilon}｛d}＼）有关，其关系可通过实验测定。
当流体在光滑管内流动时，＼（Re ＜ 2000\）时，流动为层流，＼（λ ＝＼frac{64}｛Re}＼）；＼（Re ＞ 4000\）时，流动为湍流，＼（λ\）与\（Re\）和\（＼frac{＼epsilon}｛d}＼）的关系可由经验公式计算。
2、局部阻力损失局部阻力损失通常用局部阻力系数\（＼zeta\）来表示，其计算式为：＼（h_f' ＝＼frac{＼zeta u^2}｛2g}＼）其中，＼（h_f'＼）为局部阻力损失，＼（u\）为流体在管内的流速。
三、实验装置1、实验设备本实验使用的主要设备包括：离心泵、水箱、不同管径的直管、各种管件（如弯头、三通、阀门等）、压差计、流量计等。
2、实验流程水箱中的水经离心泵加压后进入实验管路，依次流经直管和各种管件，最后流回水箱。
通过压差计测量直管和管件两端的压强差，用流量计测量流体的流量。
四、实验步骤1、熟悉实验装置，了解各仪器仪表的使用方法。
2、检查实验装置的密封性，确保无泄漏。
3、打开离心泵，调节流量至一定值，稳定后记录压差计和流量计的读数。
4、逐步改变流量，重复上述步骤，测量多组数据。
5、实验结束后，关闭离心泵，整理实验仪器。
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。
局部阻力系数
局部阻力系数
在物理学和工程学领域中，局部阻力系数是一个重要的概念，它在气体、液体
以及固体力学等领域中都有着广泛的应用。
局部阻力系数指的是物体在流体中运动时受到的局部阻力与流体速度的比值，它能够帮助我们分析物体的运动特性和流体的流动状态。
局部阻力系数的定义
局部阻力系数通常用符号L D表示，它是一个无量纲的参数，其定义为单位长度
内受到的阻力与单位长度内流动速度的平方成正比。
在不同的流体以及不同的物体表面形状下，局部阻力系数的数值会有所不同。
局部阻力系数的影响因素
局部阻力系数受到多种因素的影响，其中包括物体表面形状、流体流动状态、
流速、粘性系数等。
在流体力学中，我们常常通过实验或数值模拟来确定不同条件下的局部阻力系数。
通常情况下，圆柱体的局部阻力系数相对容易计算和预测，而对于复杂形状的物体，则需要更为复杂的方法来确定其局部阻力系数。
局部阻力系数的应用
局部阻力系数的应用非常广泛，它在工程设计、流体力学研究、空气动力学以
及土木工程等领域中都有重要意义。
例如，在风力发电机的设计中，我们需要考虑叶片的局部阻力系数，以确保风力发电机在各种风速下能够有效运行。
在航空航天领域中，局部阻力系数也是设计飞行器时不可或缺的重要参数。
总结
局部阻力系数是一个关键的物理量，它帮助我们理解物体在流体中的运动特性，指导工程设计以及流体力学研究。
通过深入研究局部阻力系数，我们可以更好地优化设计，提高效率，并改进现有技术。
在未来的研究中，局部阻力系数将继续发挥重要作用，为我们解决更多实际问题提供理论基础和实用方法。
均匀送风管道的设计计算
第七章 空调系统的风道 设计
第一节 风道内空气流动阻力； 第二节 风道内的压力分布； 第三节 风道的水力计算； 第四节 均匀送风管道的设计计算；
P219 例7-1
有一薄钢板风道断面尺寸为500mm×400mm， 风量L=3600m3/h,求单位长度摩擦阻力Rm.粗糙 度K=0.15mm.
解 矩形风道内空气流速为：
v L 3 6 0 0 5 m /s 3 6 0 0 F3 6 0 0 0 .5 0 .4
矩形风道的流速当量直径Dv：
式中的单位长度摩擦阻力可查线解图，局部 阻力系数可查附录7-1。
第二节 风道内的压力分布
风道内的压力是指风道内空气所具有的全压。全压包 括动压和静压两部分。即：
pq pd pj
式中pq,pd和pj分别为全压、动压和静压。空气在流动 过程中要损失能量，所以风道内的空气总是从全压高 的地方流向全压低的地方，即全压随着流动过程在变 化。同时，当风道的过流断面或流量发生变化时，会 引起动压和静压之间的相互转化。因此在整个风道系 统中，形成了压力分布。
若按水力粗糙管推导，得到：
DL=1.265
a3b3
0.2
ab
若按水力光滑管推导，得到：
a3b3
0.21
DL=1.31(ab)1.25
在运用当量直径时，有两点需要注意。
第一，当量直径概念用于紊流流动是合适的， 用于层流则会产生较大误差。条缝行风道运用 当量直径时也会产生较大误差。
第二，在利用线算图查摩擦阻力时，一定要注 意对应关系。如采用Dv时，必须用矩形风道中 流速去查，如采用Dl时，必须用矩形风道中流 量去查。但是，无论用哪种当量直径去查，其 单位长度摩擦阻力Rm都是相等的。
《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。
流体力学5-7局部阻力
当流体由断面很大的容器流入管道时，作为突然缩 小的特例A2/A1≈0
0.5
——管道入口阻力系数
10
管道进口局部阻力系数随其形状接近流 线型化程度增大而减小
0.5
0.05
(b)圆角进口
1.0
(c)外伸进口
(a)直角进口
11
四、弯管
弯管通常只改变流动方向，不改变流速大小。 流体流经弯管时内外侧产生两个旋涡区，同时产生二次 流现象（P112）。二次流与主流迭加，使流过弯管的 流体质点作螺旋运动，从而加大水头损失。弯管内形成 的二次流，要经过一段距离之后才能消失，弯管后的影 响长度最大可超过50倍管径。 弯管的几何形状决定于转角和曲率半径与管径之比。 与制造工艺有关：煨弯、焊接、冲压
2
以上两个局部阻力系数，分别与突然扩大前、后两个 8 断面的平均流速相对应
A1
A2
v
A1 hm 1 1 2g A2 2 g
2 1 2 1
2
突扩的特例
当流体在淹没情况下，流入断面很大的容器 时，作为突然扩大的特例A1/A2≈0
1
——管道出口阻力系数
五、局部阻力间的相互干扰
局部阻力系数值是在局部阻碍前后都有足够长的均匀流 段条件下，由实验得到。 两个相连的局部阻碍存在干扰，其阻力系数不等于正常 条件下两局部阻碍的阻力系数之和，可能增可能减。 12
1、管径突变的管道，当其它条件相同时，若改变流向， 在突变处所产生的局部水头损失是否相等？为什么？
不一定；固体边界不同，如突扩与突缩 2、局部阻力系数与哪些因素有关？选用时应注意什么？ 固体边界的突变情况、流速； 局部阻力系数应与所选取的流速相对应。 3、如何减小局部水头损失？ 让固体边界接近于流线型。
流体阻力实验
《生工原理及设备》实验报告
三、使用仪器、材料
1.本实验装置设有两根测试用管，流体流量用孔板流量计或文氏流量计测量。
由管路出口处的调节阀调节其流量。
2.管路上设置三组U形差压计，分别用来测定流量、直管阻力及管件局部阻力相应的静压差，从测压孔引出的高低压管间有平衡阀相连。
差压计指示液有水银及四氯化碳。
四、实验步骤
在实验中主要按照以下几个步骤操作
1排除管路系统内积存的空气；
2测量数据；整个实验测取7～9数据，要求实验点分布均匀；
3读取三个流量计的读数及压差、温度等值；
4禁止动用限流阀，以防冲去差压指示剂，必要时需在教师指导下使用；
5打开差压计平衡阀C，关闭实验装置，结束实验。
五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等)。
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4.1.2 矩形风管摩擦阻力计算
主要考虑当量直径的确定，有流速当量直径和 流量当量直径
（1）流速当量直径
定义：与矩形风管的流速及比摩阻相同的圆形 风管的直径
vA
A
vA = vB RmA=RmB
vB
B
DB为A的流速当量直径，记作Dv
计算式：
2ab
Dv a b
9
（2）流量当量直径
定义：与矩形风管的流量及比摩阻相同的圆形 风管的直径
常用的水力计算的方法:
1）假定流速法
重点介绍
2）压损平均法
根据平均分配到每一管段上的允许（或希望） 压损来设计管道尺寸
3）静压复得法
以管段起点因分流所产生的复得静压克服该管 段流动阻力的原则来设计风管尺寸
24
假定流速法
原理：假定（选定）各管段的合理流速，根据流 量确定管道尺寸
p Pq Pj
o
假定流速法的设计的压力图
Rm Rmo ( / 0 )0.91( / 0 )0.1
Rm-实际的单位长度摩擦阻力，Pa/m Rmo-图上查出的单位长度摩擦阻力，Pa/m ρ-实际的空气密度，kg/m3 ν-实际的运动粘度系数，m2/s
空气温度和大气压力的修正
Rm Kt KB Rmo
Kt
273
20
0.825
局部阻力则是空气通过管道的转弯, 断面变化, 连接 部件等处时, 由于涡流、冲击作用产生的能量损失.
3
4.1.1摩擦阻力
在断面形状不变的直管段中，由于流体内部及 流体与管壁的摩擦所造成的能量损失
1）圆形管道计算方法
Pm
D
v2
2
l
Pa
(6 2)
Rm
D
v2
2
Pa / m (6 3)
273 t
KB (B /101 .3)0.9
Kt-温度修正系数 KB-大气压力修正系数 T-实际的空气温度，℃ B-实际的大气压力，kPa
7
（3）图表的修正
管壁粗糙度的修正
粗糙度km≠0.15mm
Rm Kr Rmo Kr (Kv)0.25
Kr-管壁粗糙度修正系数 K-管壁粗糙度，mm v-管内空气流速，m/s
4
27
2）确定合理的空气流速 考虑因素：
（1）流动阻力——运行费用 （2）消耗材料——系统投资 （3）噪声控制——室内环境标准 （4）最小流速——防止颗粒物沉积
一般通风系统中常用空气流速（m/s）
28
空调系统低速风管中常用空气流速（m/s）
29
除尘风管的最小空气流速（m/s）
30
3）确定各管段断面尺寸，计算管段流动阻力
Rm ——比摩阻
Pm Rm l Pa
关键在于确定比摩阻
4
确定比摩阻的方 法：
L
（1）线算图
（附录9 P243）
L
图的多种用法： 由L、D求Rm 由L、Rm求D 由L、v求D、Rm
制表条件：一个大气压，20度， 密度及运动粘度
v D
5
Rm
（2） 计 算 表 格
6
（3）图表的修正
密度和粘度的修正
（1）F = L / v
F = a X b F = πd2 / 4
管道断面尺寸规格化：
P250 附录11
21
主要结论：
(1) 风机的风压等于风管的阻力和出口动压损 失之和; (2) 风机吸入段的全压和静压都是负值, 风机 入口处的负压最大; 风机压出段的全压和静压 都是正值, 在出口处正压最大; (3) 各分支管道的压力自动平衡.
22
第三节
通风管道的水力计算
23
4.3通风管道的水力计算（P158）
• 管道和风机的连接
避免在接管处产生局部涡流
16
第二节 风管内的压力分布
17
4.2风管内的压力分布（P149）
——用图形表达系统压力分布情况，有利 于设计、运行调节、问题诊断等
压力分布图的绘制方法（归纳）
1）确定压力基准线
通常为水平线，并以大气压为参照对象
2）确定系统分隔断面并编号
通常以流速、流向及流量变化的断面为分隔断面
局部阻力系数由实验确定，制成图表供查用
(附录10 P244)
空调系统处于自模区，局部阻力系数只与形状 有关。不必考虑粗糙度和雷诺数的影响。
11
局部阻力系数举例
12
合流三通
支管局部阻力系数 直管局部阻力系数
13
2）减小局部阻力的措施
在常用的通风系统总流动阻力中，局部阻力占 主要比例 弯头
圆形风管弯头曲率半径一般应大于1~2倍管径
矩形风管长宽比B/A越大，阻力越小
矩形直角弯头内设导流片
14
2）减小局部阻力的措施
• 三通
减小干管和支管间夹角 保持干管和支管流速相当 避免出现引流现象，主管气流大于支管气流速度
• 排风立管出口
降低排风立管的出口流速 减小出口的动压损失
管边尖锐的伞形风帽 带扩散管的伞形风1帽5
2）减小局部阻力的措施
计算式：
DL
1.3
ab 0.625 a b 0.25
(6 12)
注意：
查用表图时必须对应使用流量和流量当量直 径或流速和流速当量直径
10
4.1.3局部阻力
在流量、流向及管道断面形状发生变化 的局部由于涡流造成的能量损失
1）计算方法： 局部阻力系数法
Z v2
2(6Βιβλιοθήκη 13)25假定流速法
设计步骤：
1）绘制系统草图（轴测图），划分管段，对管 段编号、标注管段长度和相应流量，确定最不 利环路。
划分管段的原则：流量与断面尺寸不变的为 同一管段
管段长度：以接点为界，不必扣除局部构件 的长度
最不利环路：流动阻力最大的环路
26
空调箱
81 风机
房间
7
2
6
房间
3
房间
5
3）先绘制全压线
从已知压力点开始
4）再绘制静压线
从全压线向下减去动压值
18
19
理论基础
1、Pq=Pd+Pj 2、未开风机时，Pj=Pq=大气压=0
3、风机开动后，Pq2= Pq1-(Rml+Z)1-2。 4、ΔPm=Rml直线分布；Z集中分布
20
结论
1、风机的风压等于风道的阻力及出口动压 损失之和。 2、风机吸入段的全压和静压都为负值，风 机压出段一般情况下均为正值。 3、各并联支管的阻力总相等。 4、当Pd>Pq，Pj<0
4.1风管内空气流动的阻力 4.2风管内的压力分布 4.3通风管道的水力计算 4.4均匀送风管道设计计算 4.5通风管道设计中的有关问题
1
第一节 风管内空气流动的阻力
2
4.1风管内空气流动的阻力（P150)
管道的阻力包括摩擦阻力和局部阻力。 摩擦阻力由空气的粘性力及空气与管壁之间的摩擦 作用产生, 它发生在整个管道的沿程上, 因此也称为 沿程阻力。