流动阻力及管路特性曲线
化工原理实验报告综合经典篇
实验题目：流体流动阻力测定实验一、数据记录1、实验原始数据记录如下表：离心泵型号：MS60/0.55，额定流量：60L/min, 额定扬程：19.5mN，额定功率：0.55kw流体温度2、5 2.4 1.9258 0.00513 41149.8586 2.6487 0.024846 6 2.2 1.7653 0.0061 37720.7038 2.2759 0.029569 7 2 1.6048 0.00593 34291.5489 1.8149 0.028751 8 1.8 1.4443 0.00424 30862.3940 1.5304 0.020508 9 1.6 1.2838 0.00536 27433.2391 1.2164 0.025955 10 1.4 1.12340.005655 24004.08420.94180.0273820.00559绘制粗糙管路的双对数λ-Re 曲线如下图示：根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程λ=0.3164/（Re0.25），计算其误差，计试验次数 阻力系数λ 雷诺数Re 柏拉修斯方程计算结果 误差1 0.016893 57609.8021 0.02042266 0.1728312 0.017215 54009.1895 0.02075485 0.1705553 0.017332 50408.5768 0.02111594 0.179198 4 0.017282 46807.9642 0.0215108 0.196595 0.018107 43207.3516 0.02194558 0.174914 6 0.017612 39606.7389 0.02242819 0.2147387 0.018552 36006.1263 0.02296902 0.1923038 0.019035 32405.5137 0.02358206 0.192819 9 0.019391 28804.901 0.02428678 0.201582 10 0.019954 25204.2884 0.02511122 0.205375 3 的流速2900d Vu π=（m/s ），雷诺数μρdu =Re ，流体阻力ρ1000⨯∆=P Hf，阻力系数22Lu d H f =λ，ξ=gu2f'Δ2ρP ，并以标准单位换算得光滑管数据处理结果如下表二、结果分析（1）光滑管结果分析：曲线表明，在湍流区内，光滑管阻力系数随雷诺数增大而减小，进入阻力平方区（也称完全湍流区）后，雷诺数对阻力系数的影响却越来越弱，阻力系数基本趋于不变。
化工原理第二章流体输送设备
化工原理-第二章-流体输送设备一、选择题1、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生（）。
AA. 气缚现象；B. 汽蚀现象；C. 汽化现象；D. 气浮现象。
2、离心泵最常用的调节方法是（）。
BA. 改变吸入管路中阀门开度；B. 改变压出管路中阀门的开度；C. 安置回流支路，改变循环量的大小；D. 车削离心泵的叶轮。
3、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后获得的（）。
BA. 包括内能在内的总能量；B. 机械能；C. 压能；D. 位能（即实际的升扬高度）。
4、离心泵的扬程是（）。
DA. 实际的升扬高度；B. 泵的吸液高度；C. 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度D. 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值。
5、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因（）。
CA. 水温太高；B. 真空计坏了；C. 吸入管路堵塞；D. 排出管路堵塞。
6、为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低压力（）输送温度下液体的饱和蒸汽压。
AA. 大于；B. 小于；C. 等于。
7、流量调节，离心泵常用（），往复泵常用（）。
A；CA. 出口阀B. 进口阀C. 旁路阀8、欲送润滑油到高压压缩机的气缸中，应采用（）。
输送大流量，低粘度的液体应采用（）。
C；AA. 离心泵；B. 往复泵；C. 齿轮泵。
9、1m3气体经风机所获得能量，称为（）。
AA. 全风压；B. 静风压；C. 扬程。
10、往复泵在启动之前，必须将出口阀（）。
AA. 打开；B. 关闭；C. 半开。
11、用离心泵从河中抽水，当河面水位下降时，泵提供的流量减少了，其原因是（）。
CA. 发生了气缚现象；B. 泵特性曲线变了；C. 管路特性曲线变了。
12、离心泵启动前____ ，是为了防止气缚现象发生。
DA 灌水；B 放气；C 灌油；D 灌泵。
13、离心泵装置中____ 的滤网可以阻拦液体中的固体颗粒被吸入而堵塞管道和泵壳。
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。
弯头(弯管)阻力系数比较与流动特性分析
３
Ⅱ
ｕ２ 曩 谣１ｊ Ｒ 哑
．
∞
ａ
弯头转龟一。
图６当号一０—５时，ｒ～口变化关系（田中符号意义
¨
ｏ ０
∞
ｑ
∞∞Ｉｎｎ锄１４０ １８０ １Ｗ
弯头转角一‘
田７当ｊ＝２．５时，ｆ～一变化关系（圈中符号意义同图５）
三维分离点，一般以极限流线来定义。前人的研究结果业已证实，无论是层流还是紊流，当水 流弯曲时，均会产生二次流。
８ Ｓｃｈｌｉｃｈｔｉｎｇ．Ｈ．Ｂｏｕｎｄａｒｙ－－ｌａｙｅｒ Ｔｈｅｏｒｙ．７ｔｈ ｅｄ．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：ＭｃＧｒａｗ－－Ｈｉｌｌ－１９７９
９ 伊藤英觉．曲昔。流托Ｉ＝关卡５理论并矿ｌ：实验研究Ｖ．东北大学高速力学研究所报告，１２卷１１３号
昭和３０年
弯头(弯管)阻力系数比较与流动特性分析
作者： 作者单位： 被引用次数：
寰１口＝，（口）
裹ｚ ｋ＝，（寺）
３ 弯头阻力系数随曲率半径的变化
图２～图３分别绘出几组典型弯头转角情形下，弯头局部阻力系敷与相对曲率半径之
间的关系．即ｆ～专变化关系．
从图２～图４可以看出，弯头局部阻力系数ｆ随曲率半径ｒ／ｄ的增大而以双曲线规律 减小。当ｒ／ｄ＜Ｉ．０时，各家资料差异较大｝当ｒ／ｄ＞２．５时，趋于渐近线。文献［３～５］与文 献［１］、［７］结果较为接近，但文献［６］偏离较大。
ｒ＝［ｏ＿１３·＋ｏ－ｍ㈩５蠊ｒ
㈣
式中：ｆ为弯头局部阻力系数，０为弯角，ｄ为管径，ｒ为轴线曲率半径，
（２） Ａ６ｐａＭｏＢ…［１］对于圆形和方形截面推荐下列公式：
ｆ＝Ａ·Ｂ
（２）
式中：＾＝，（目），Ｂ一，（言）或，（詈），６为弯头的宽度，Ａ，Ｂ可分别按下刊公式计算：
几种泵的特性曲线
量小、输出压强高的高 粘性流体。
在火力发电厂中， 润滑系统常采用齿轮泵， 而螺杆泵则常用作 输送润滑油及调节油，也可作为锅炉燃料油输送泵。
111111
五、泵与风机性能曲线的比较
（三）容积式泵与风机性能曲线特性 2．齿轮泵和螺杆泵
由于吸水池液面压强和循环水管出口处水池液面压强均 为大气压，即 p p 0。则管路系统性能曲线方程为：
g
H c H z h w 2 1 4 .1 9 q V 2 6
111111
H c H z h w 2 1 4 .1 9 q V 2 6
上式中流量的单位是m3/s，而 性能曲线图上流量的单位为m3/h， 故必须换算后方能代入管路性能曲 线方程中。根据计算结果，列出管 道性能曲线上的对应点如下：
=3100m3/h，H =38m， =90%。
所以该循环水泵工作时所需 要的轴功率为：
P s h1 g q 3 V H 0 9.1 2 9 9 0 3 .8 0 .9 0 0 3 30 6 6 1 3 0 0 8 30 0 ( k 5)W 6
111111
Байду номын сангаас
l0=l+le=250+350=600（m） 所以，为克服流动阻力而损失的能量为：
h w l d 0 d q 2 2 V g /4 2 g 8 l d 0 5 q V 2 0 .0 9 3 .88 0 3 6 .1 6 0 0 4 .6 5 q V 0 2 1 .1 9 q V 2 6
已知：管道的直径d =600mm， 管长l=250m，局部阻力的等值长度 le=350m，管道的沿程阻力系数
=0.03，水泵房进水池水面至循环
实验1 流动过程综合实验
实验1 流动过程综合实验实验1-1 流体阻力测定实验一、实验目的⒈学习直管摩擦阻力△P f 、直管摩擦系数λ的测定方法。
⒉掌握直管摩擦系数λ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掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。
二、实验内容⒈测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数λ。
⒉测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度之间的关系曲线。
⒊在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数。
三、实验原理⒈直管摩擦系数λ与雷诺数Re 的测定流体在管道内流动时，由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力。
流体在直管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关，它们之间存在如下关系：h f = ρfP ∆=22u d l λ （1-1）λ=22u P l d f∆⋅⋅ρ （1-2） Re =μρ⋅⋅u d （1-3）式中：-d 管径，m ；-∆f P 直管阻力引起的压强降，Pa ； -l 管长，m ； -u 流速，m / s ； -ρ流体的密度，kg / m 3；-μ流体的粘度，N ·s / m 2。
直管摩擦系数λ与雷诺数Re 之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。
在实验装置中，直管段管长l 和管径d 都已固定。
若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。
所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△P f 与流速u （流量V ）之间的关系。
根据实验数据和式（1-2）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（1-3）计算对应的Re ，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re 的关系曲线。
⒉局部阻力系数ζ的测定22'u P h ff ζρ=∆=' （1-4） 2'2u P f∆⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ρζ （1-5）式中：-ζ局部阻力系数，无因次； -∆'f P 局部阻力引起的压强降，Pa ；-'f h 局部阻力引起的能量损失，J ／kg 。
流体力学及泵与风机
• 机壳－收集来自叶轮的气体，并将部分动压转化为静压，最后将气体 导向出口。
（7）稳定气流能量方程各项的物理意义。 （8）利用流体流动基本方程求解速度和压力。
• 本章难点 （1）连通器的压力计算不仅需要掌握静止液体的静压力方程，也需 要一定的技巧，可能会有一定的难度。
（2）应用流体流动基本方程式求解工程计算问题需要掌握方程的适 用条件，基准面和计算断面的选取有一定的灵活性。巧妙地选取基准 面和计算断面可以减少未知量数目，达到简化计算的目的。有时更需 要进行间接计算，这方面的计算也会有一定困难。在参考例题计算的 基础上多做习题，困难就会很容易解决。
流体力学及泵与风机
04 设备
主要内容
1. 流体与流体机械 2. 流体力学基础 3. 泵与风机的性能 4. 流动阻力及管路特性曲线 5. 泵与风机的运行与调节 6. 管路系统设计与配置
1. 流体与流体机械
• 学习引导 本章介绍流体、流体机械、流体性质及几种主要流体机械的结构。对 流体机械在空调制冷系统中的应用也将通过实践环节进行介绍。
• 导流器－进口风量调节器 • 支撑与传动方式 （2）轴流式泵与风机的工作原理和部件结构
1）轴流泵的工作原理和部件结构
轴流泵的外形就像一根钢管，可以垂直安装、水平或倾斜安装。其主 要部件有吸入喇叭口、叶轮、轴和轴承、导叶、机壳、出水弯管及密 封装置等。
轴流泵的叶轮和泵轴一起安装在圆筒形的机壳中，机壳浸没在液体中。 泵轴的伸出端通过联轴器与电动机连接。当电动机带动叶轮做高速旋 转时，由于叶片对流体的推力作用，迫使进入机壳的流体产生回转及 向前的运动，从而使得流体的压力和速度都有所增加。增速和增压后 的流体经过固定在机壳上的导叶，旋转运动转化为轴向运动，于是旋 转的动能便转化为压力能，然后流体再通过出水口流出。
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。
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在实际工程计算中，可以简化为：
Recr＝2000 Re>2000 为紊流 Re≤2000 为层流
de
第一节 圆管内流动
（3）非圆管内流态的判定 >临界雷诺数仍为2000，雷诺数低于2000为层流流动，雷诺数高于2000则为 紊流流动。然而，雷诺数计算公式中的直径d必须用当量直径 d e 代替。所谓 当量直径是指与非圆形截面管道具有相同流动阻力的圆管内径。
因此，对于层流：
f (Re)
对于紊流：
K f (Re, ) d
第三节 沿程阻力系数
3.2尼古拉兹曲线
第三节 沿程阻力系数
>五个阻力区
第三节 沿程阻力系数
3.3工业管道紊流沿程阻力系数计算 1.莫迪图与当量糙粒高度
第三节 沿程阻力系数
第三节 沿程阻力系数
2.紊流沿程阻力系数 的计算公式 (1)临界区 Re=2000~4000的临界过渡区内，可采用扎依琴柯的
p2 v2 p1 v1 g 2 g g 2 g
但二断面中压力能与动能之和相等，必然就有:
2
2
p1 p2
第一节 圆管内流动
3.管道内流动边界层
>边界层汇合前的阶段，即边界层发展的阶段称为流体进口段 >边界层汇合后的阶段称为流动充分发展阶段
第一节 圆管内流动
4.圆管中的速度分布
层流、紊流，管轴心处的速度均为最大速度，记为 vmax ；管壁处的速度为零。
1
8 sin
2
[(1
A1 2 A ) ] K (tg )1.25 (1 1 ) 2 A2 2 A2
第四节 局部损失计算
3.管径突然收缩
A2 0.5(1 ) A1
4.管径逐渐缩小
8 sin
2
[1 (
A1 2 ) ] A2
第四节 局部损失计算
5.管道进口
1.3边界层基本概念及圆管中的速度分布
1.平板边界层
流场中出现了两个性质不同的流动区域：紧贴固体壁面的薄层，流体受粘 性力的影响极大，速度变化极大，称为边界层
第一节 圆管内流动
2.曲面边界层及其分离观象
取同一水平线上流道截面积逐渐扩大的渐扩流道，如图下图所示,列出上 z1 z hl12 由于 0 下游断面间能量方程。为简化分析，假定 则有： 2
流道截面积 d e 4 RH 4 流道截面上被流体湿润 的周边长度
式中的 R H 称为水力半径。 边长为a和b的矩形管
ab 2ab d e 4 RH 4 2(a b) a b
4ab de a 2b
宽为a、高为b、水流湿润到整个高度的明渠
第一节 圆管内流动
—管段长度，m；
d —管道内径，m；
v—流体平均流速，m/s。
第二节 能量损失
2.2能量损失 >整个管路的能量损失为各管段的沿程损失与各处的局部损失之和
hl h f hm
>用压力形式表示的沿程损失和局部损失分别为
l v 2 pf d 2
pm
v 2
2
第三节 沿程阻力系数
3 紊流光滑区
尼古拉兹光滑区公式：
1
2 lg Re 0.8
0.3164 对于的光滑管流，布劳修斯提出经验公式： Re 0.25
第三节 沿程阻力系数
(3)紊流粗糙区 尼古拉兹粗糙区公式: (4)紊流过渡区 柯列勃洛克根据大量的工业管道实验资料，提出过渡区 计算公式， 简称柯氏公式：
第一节 圆管内流动
2.流动状态的判定 (1)雷诺数
Re=
vd
vd
–平均流速， m/s; v
d -圆管内径，m;
-流体运动粘度，m2/s。
d 一定时，雷诺数只随 当 和 出速度的影响。
而变化，所以在最初的实验中只反映 v
第一节 圆管内流动
(2)临界雷诺数 Re<2000 属层流运动 Re>4000 属紊流运动 2000< Re <4000属过渡流运动
>对于圆管内层流流动
v max v 2
>对于圆管内紊流流动
v 0.8vmax
第二节 能量损失
2.1能量损失 1.沿程损失与局部损失
第二节 能量损失
沿程损失与管道内径成反比，与管段的长度、速度水头成正比。在同一管径 的管段中，沿程损失沿管段均匀分布，即
l v2 hf d 2g
l
—沿程阻力系数，无因次数；
1
2 lg
r 1.74 K
1
K 2.51 2 lg( ) 3.7d Re
第三节 沿程阻力系数
3.洛巴耶夫判别式
光滑区 过渡区 粗糙区
v 11( 11(
K
)
K
) v 445(
K
)
v 445(
K
)
v
断面平均流速 流体运动粘度
6.阀门
第四节 局部损失计算
第四节 局部损失计算
4.1局部阻力系数计算 1.管径突然扩大 管径突然扩大时会形成局部的涡旋，造成局部损失。
v hm 1 1 2g
1 (1
A1 2 ) A2
2
2
v hm 2 2 2g
2 (
A2 1) 2 A1
第四节 局部损失计算
2.管径逐渐扩大 由于管径突然扩大的能量损失较大，一般均采用渐扩管。渐扩管较长，能量 损失包括沿程损失和局部损失两部分，相对于 1的阻力系数公式为：
流动阻力及管路特性曲线
第一节 圆管内流动
1.1雷诺实验
第一节 圆管内流动
1.2流态及流态的判定 1.层流与紊流 >当管内流体运动速度较低时，流体只作轴向运动，而无横向运动。实际 上此时流体在管内的运动是一种分层运动，各层间互不干扰，也互不相 混。这种流动状态称为层流。
>管中流体速度增大到一定程度时，流体在管中的横向运动十分剧烈，流 体间产生了强烈的混合。流体的层状运动被彻底打破，流体在向前流动 时处于无规则的混乱状态。这种流动状态称为紊流。
3.1沿程阻力系数的影响因素
层流流动时雷诺数较小，粘性力起着主导作用。层流的阻力也就是粘性阻力 ，仅仅取决于Re，而与管壁粗糙度无关。粘性阻力仍然取决于雷诺数，而惯 性阻力受壁面粗糙度的影响较大。粗糙度对沿程损失的影响不完全取决于管 壁表面粗糙突起的绝对高度K，而是取决于它的相对高度，即粗糙突起的绝 对高度K与管径d的比值，K/d，称为相对粗糙度。其倒数d/K称为相对光滑度。