流体力学精品课件：圆管局部阻力实验报告
管道流体阻力测定实验讲义
管道流体阻力测定一、 实验目的1.学习直管摩擦阻力f P ∆,直管摩擦系数λ的测定方法。
2.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。
3.掌握局部摩擦阻力f P ∆,局部阻力系数ζ的测定方法。
二、实验内容1.测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数λ。
2.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。
3.测定管路部件局部摩擦阻力f P ∆和局部阻力系数ζ。
三、实验原理1. 直管摩擦系数λ与雷诺数Re 的测定直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即)/(Re,d f ελ=，对一定的相对粗糙度而言，(Re)f =λ。
流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为：ρρff P P P h ∆=-=21 （1）又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式）22u d l h fP f λρ==∆ （2）整理（1）（2）两式得 22uP l d f∆⋅⋅=ρλ （3） μρ⋅⋅=u d Re （4）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。
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（3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（4）计算对应的Re ，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。
2．局部阻力系数ζ的测定 22'u P h ff ζρ=∆=' 2'2u P f ∆⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ρζ 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 。
实验三 管路局部阻力系数测定实验
实验三 管路局部阻力系数测定实验一、实验目的要求：1.掌握三点法，四点法测量局部阻力系数的技能。
2.通过对圆管突扩局部阻力系数的表达公式和突缩局部阻力系数的经验公式的实验与分析，熟悉用理论分析法和经验法建立函数式的途径。
3.加深对局部阻力损失机理的理解。
二、实验成果及要求1.记录计算有关常数。
实验装置台号Nod 1=D 1= 1.4 cm ， d 2=d 3= d 4= D 2=1.9 cm ， d 5=d 6=D 3= 1.4 cm ， l 1—2=12cm ， l 2—3=24cm ，l 3—4=12cm ， l 4—B =6cm ， l B —5=6cm ， l 5—6=6cm ，221)1(A A e -='ξ= 0.21 ，)31(5.05A A s -='ξ= 0.23 。
2．整理记录、计算表。
表1 记录表表2 计算表3．将实测ζ值与理论值（突扩）或公认值（突缩）比较。
三、实验分析与讨论1．结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下的局部损失大小关系：1）不同R e 的突扩ξe 是否相同？2）在管径比变化相同的条件下，其突扩ξe 是否一定大于突缩ξs ？ 答：由式gvh j 22ζ=及()21d d f =ζ表明影响局部阻力损失的因素是v 和21d d 。
由于有突扩：2211⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=A A eζ突缩：⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=2115.0A A s ζ 则有()()212212115.0115.0A A A A A A K es-=--==ζζ当 5.021〈A A或707.021〈d d时，突然扩大的水头损失比相应的突然收缩的要大。
在本实验最大流量Q 下，突然扩大损失较突然缩小损失约大一倍，即817.160.3/54.6==js je h h 。
21d d 接近于1时，突然扩大的水流形态接近于逐渐扩大管的流动，因而阻力损失显著减小。
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？ 答：流动演示仪1-7型可显示突扩、突缩、渐扩、渐缩、分流、合流、阀道、绕流等三十多种内、外流的流动图谱。
局部阻力系数-实验报告
1局部阻力系数实验台-实验报告XXXXXX 年XX 月XX 日（一）实验目的⒈学会用实验方法测定突扩、突缩局部管件在流体流经管路时的局部阻力系数。
2、测定管道局部水头损失系数，将突扩管的实测值与理论值比较，将突缩管的实测值与经验值比较。
3、掌握用测压管测量压强和用体积法测流量的实验技能。
（二）实验原理局部阻力系数测定实验的主要部件为局部阻力实验管路，它由细管和粗管组成一个突扩和突缩组件。
在阻力组件的两侧一定间距的断面上设有测压点，由测压点与测压板上相应的测压管相连接。
当流体流经实验管路时，就可以测出各测压点所在截面上测压管水柱高及前后截面的水柱高差h ∆；通过设置在实验台上的计量水箱，对实验管中的流体进行单位时间内的体积流量测定，可得到流体的平均流速，由此计算局部管件的局部阻力系数ζ。
1、突然扩大：（理论上）22112212(1)2(1)j A V h A gA A ζ=-=-测定时采用三点法计算，由于水柱高差w h h ∆=中既存在局部阻力j h ，又含有沿程阻力f h ，所以可通过设置在突扩前后各测点读取数值后，经流长比例换算后，可得出j w f h h h =-。
计算ζ：21/2j V h gζ=2、突然收缩：经验值：210.5(1)A A ζ=-缩，实验用四点法计算，同样，在读得突缩管段的水头损失后，按流长比例换算，分别将两端沿程损失除去，由此得：2/2j V h gζ=缩缩缩（三）实验操作1、启动水泵，然后慢慢打开出水阀门，使水流经过实验管路。
在此过程中，观察和检查管路系统和测压管及其软管中有无气泡存在，应利用有效措施将系统中存在的气体排尽。
2、配合调节进水阀门和出水阀门，使各组压差达到测压管可测量的最大高度。
在水流稳定时，测读各测压管的液柱高和前后的压差值。
并在此工况下测定流量。
3、调节出水阀门，适当减小流量，测读在新的工况下的实验结果。
如此，可做3～5个实验点。
（注意：各实验点的压差值不宜太接近）。
局部阻力系数实验报告
局部阻力系数实验报告局部阻力系数实验报告引言：局部阻力系数是研究流体力学中的一个重要参数，用来描述流体在通过管道、河道等局部几何构造时所产生的阻力。
本实验旨在通过测量和分析局部阻力系数，深入了解流体在不同局部几何构造中的流动特性，并为相关工程设计提供参考依据。
实验装置：本次实验使用的装置主要包括一个实验水槽、一系列不同形状的模型以及相应的测量设备。
实验水槽具有透明的侧面，便于观察流动现象。
模型的形状包括圆柱体、球体、锥体等，以模拟实际工程中常见的局部几何构造。
测量设备包括流速计、压力计等，用于测量流体的速度和压力。
实验步骤：1. 准备工作：清洗实验装置，确保无杂质干扰。
校准流速计和压力计，保证测量结果的准确性。
2. 测量局部阻力系数：选取不同形状的模型，将其放置在水槽中，并调整流速，使流体通过模型。
同时记录流速计和压力计的读数。
3. 数据处理：根据测得的数据，计算流体通过不同模型时的局部阻力系数。
利用流体力学的基本原理和公式，结合实验数据进行分析和计算。
4. 结果分析：对实验结果进行统计和比较，分析不同模型的局部阻力系数差异。
探讨局部几何构造对流体流动的影响，并提出相应的结论。
实验结果与讨论：通过实验测量和计算，得到了不同模型的局部阻力系数。
以圆柱体为例，其局部阻力系数随流速的增加而增加，但增幅逐渐减小。
这是由于流体在通过圆柱体时，会产生较大的湍流现象，增加了阻力。
而随着流速的增加，流体在圆柱体周围形成的涡流逐渐稳定，阻力增加的速度减缓。
与圆柱体相比，球体的局部阻力系数较小。
这是因为球体的流体流动更加均匀，湍流现象较少，阻力相对较小。
而锥体的局部阻力系数则介于圆柱体和球体之间，其形状导致了一定的湍流现象，但相对于圆柱体而言，阻力较小。
实验结果表明，局部几何构造对流体的阻力有着显著影响。
在工程设计中，合理选择和优化局部几何构造，可以降低流体的阻力，提高工程效率。
例如，在管道设计中，可以采用球体或锥体等较为流线型的构造，减少流体的阻力损失。
流体力学精品课件：圆管局部阻力实验报告
实验步骤：
1.接通电源，开启水泵及计算机；
2.待水泵运行平稳后，单击桌面上的“多功能流体力学实验”图标，进入“计算机控制流体力学试验台”程序；
3.根据提示进入采集界面，单击“实验”选项卡进入子目录，选择突然缩小局部阻力系数测定，进入相应界面；
4.调节阀门1，进行10组不同流量的测量，流量可由大到小，因为涡流量计存在测量误差，故最小流量应控制在800cm3/s以上；
同时实验法测得的局部阻力系数为 。
四．实验步骤及注意事项
本实验共包括突然扩大局部阻力系数测定和突然缩小局部阻力系数测定两个部分。
★突然扩大局部阻力系数测定
本实验涉及到的传感器和阀门如下：
传感器：2#（压力传感器）、3#（压力传感器）、4#（流量传感器）；
阀门：2~9号阀门常开，1号阀门用于调节流量；
d=26mm，D=71mm；
五
六．实验结论与误差分析
七．思考题
1.过流断面Ⅰ、Ⅱ的选择标准是什么，有何限制？
2.分析实测的ξ与经验值ξ之间存在差别的原因？
3.分析P1与P2之间产生差别的原因？
实验步骤：
1.接通电源，开启水泵及计算机；
2.待水泵运行平稳后，单击桌面上的“多功能流体力学实验”图标，进入“计算机控制流体力学试验台”程序；
3.根据提示进入采集界面，单击“实验”选项卡进入子目录，选择突然扩大局部阻力系数测定，进入相应界面；
4.调节阀门1，进行10组不同流量的测量，流量可由大到小，因为涡流量计存在测量误差，故最小流量应控制在800cm3/s以上；
突然缩小损失是指流道截面突然缩小流线不能突然转2折造成流股收缩突缩区域的后部形成局部脱流和附壁在突缩管路中存在加速收缩流和扩散减速流两者都会产生局部阻力
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。
实验7 局部阻力系数实验
实验七 局部阻力系数实验1实验目的和要求1.掌握测量局部阻力系数的方法；2.测量管道突然扩大、突然缩小时的局部阻力系数；3.了解影响局部阻力系数的因素2局部阻力系数实验的原理水流在流动过程中，由于水流边界条件或过水断面的改变，引起水流内部各质点的流速、压强也都发生变化，并且产生旋涡。
在这一过程中，水流质点间相对运动加强，水流内部摩擦阻力所作的功增加，水流在流动调整过程中消耗能量所损失的水头称为局部水头损失。
局部水头损失的一般表达式为gvh j 22ζ= （1）式中，j h 为局部水头损失；ζ为局部水头损失系数，即局部阻力系数，它是流动形态与边界形状的函数，即)(e R f 边界形状，=ζ，一般水流的雷诺数e R 足够大时，可以认为ζ系数不再随e R 而变化，可视作为一常数；v 为断面平均流速，一般用发生局部水头损失以后的断面平均流速，也有用损失断面前的平均流速，所以在计算或查表时要注意区分。
局部水头损失可以通过能量方程进行分析。
图1为一水流突然扩大的实验管段，在发v 1图1 局部水头损失分析简图j h =gv v p z p z 2)()(2222112211ααγγ-++-+（2）式中，)()(2211γγp z p z +-+为断面1-1和2-2的测压管水头差；v 1、v 2 分别为1-1断面和2-2断面的平均流速。
管道局部水头损失目前仅有断面突然扩大（图1）可利用动量方程，能量方程和连续方程进行理论分析，并可得出足够精确的结果，其它情况尚需通过实验方法测定局部阻力系数。
对于管道突然扩大，理论公式为gv v h j 2221）（-= （3）由连续方程A 1v 1=A 2v 2，解出v 1或v 2代入上式可分别得 g v A A h j 2122212）（-= ， 21211）（扩大-=A A ζ （4）或 gv A A h j 2121221）（-=， 22121）（扩大A A -=ζ （5）式中，A1、A2分别为断面1-1和2-2的过水断面面积；1扩大ζ、2扩大ζ叫做突然放大的局部阻力系数。
局部阻力实验
局部阻力实验一、实验目的12、学会利用四点法量测突缩管路局部阻力损失系数的方法。
3、加深对局部阻力损失的感性认识及对局部阻力损失机理的理解。
二、实验原理1、有压管道恒定流遇到管道边界局部突变的情况时，流动会分离形成剪切层，剪切层流动不稳定，引起流动结构的重新调整，并产生旋涡，造成不可逆的能量耗散。
与沿程因摩擦造成的分布损失不同，这部分损失可以看成是集中在管道边界的突变处，单位质量流体的能量损失称为局部水头损失。
2、局部水头损失系数是局部水头损失与速度水头的比例系数，即2h jζ=当上下游断面平均流速不同时，应明确它对应的是那个速度水头。
例如对于突扩圆管就有=ζjh1和2h jζ=之分。
其他情况的局部水头损失系数在查表或使用经验公式确定时也应该注意这一点。
通常情况下对应下游的速度水头。
3、局部水头损失的机理复杂，除了突扩圆管的情况以外，一般难于用解析方法确定，而要通过实测来得到各种局部水头损失系数。
对于突扩圆管，在不考虑突扩段沿程阻力损失的前提下，可推导出局部阻力损失因数的表达式( )-1=1ζ2,2ζ2=1-A 2( )121A对于突缩圆管，局部阻力损失因数的经验公式：1-( )=ζA 120.5三、实验步骤1、做好实验前的各项准备工作，记录与实验有关的常数。
2、往恒压水箱中充水，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，各测压管液面是否齐平，若不平，则需排气调平。
3、打开泄水阀至最大开度，等流量稳定后，测记测压管读数，同时用体积法测量流量。
4、调整泄水阀不同开度，重复上述过程5次，分别测记测压管读数及流量。
5、实验完成后关闭泄水阀,检查测压管液面是否齐平，如平齐，关闭电源实验结束，否则，需重做。
四、实验数据及整理d1= ㎜ d2= ㎜ d3= ㎜水温= ℃实验数据整理表五、分析与思考1、结合实验成果，分析比较突扩与突缩在相应条件下下的局部损失大小。
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因素是哪些？怎样减小局部阻力损失？3、将实验测得到的ζ值与理论公式计算值（突扩）与经验公式值（突缩）相比较，并对结果作出分析。
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四．实验步骤及注意事项
本实验共包括突然扩大局部阻力系数测定和突然缩小局部阻力系数测定两个部分。
★突然扩大局部阻力系数测定
本实验涉及到的传感器和阀门如下：
传感器：2#（压力传感器）、3#（压力传感器）、4#（流量传感器）；
阀门：2~9号阀门常开，1号阀门用于调节流量；
实验步骤：
1.接通电源，开启水泵及计算机；
2.待水泵运行平稳后，单击桌面上的“多功能流体力学实验”图标，进入“计算机控制流体力学试验台”程序；
3.根据提示进入采集界面，单击“实验”选项卡进入子目录，选择突然扩大局部阻力系数测定，进入相应界面；
4.调节阀门1，进行10组不同流量的测量，流量可由大到小，因为涡流量计存在测量误差，故最小流量应控制在800cm3/s以上；
d=26mm，D=71mm；
五
六．实验结论与误差分析
七．思考题
1.过流断面Ⅰ、Ⅱ的选择标准是什么，有何限制？
2.分析实测的ξ与经验值ξ之间存在差别的原因？
3.分析P1与P2之间产生差别的原因？
5.点击操作界面右侧的测量按钮，即可获得测量数据，如测量数据不理想，可重新进行该操作，直到获取理想数据；
6.实验完成后，点击打印按钮，获得实验数据；
7.实验结束后，关闭计算机，关闭水泵，关闭数测定实验
d=26mm，D=71mm；
（1）突然缩小局部阻力系数测定实验
阀门：2~9号阀门常开，1号阀门用于调节流量；
实验步骤：
1.接通电源，开启水泵及计算机；
2.待水泵运行平稳后，单击桌面上的“多功能流体力学实验”图标，进入“计算机控制流体力学试验台”程序；
3.根据提示进入采集界面，单击“实验”选项卡进入子目录，选择突然缩小局部阻力系数测定，进入相应界面；
4.调节阀门1，进行10组不同流量的测量，流量可由大到小，因为涡流量计存在测量误差，故最小流量应控制在800cm3/s以上；
分别对对截面Ⅰ、Ⅱ列写伯努利方程，
（1）
其中Z1=Z2=0，α1=α2=1，hwⅠ-Ⅱ=hjⅠ-Ⅱ+hfⅠ-Ⅱ；考虑到截面Ⅰ、Ⅱ之间的距离较近，hfⅠ-Ⅱ与hjⅠ-Ⅱ相比很小，所以忽略hfⅠ-Ⅱ，此时hwⅠ-Ⅱ=hjⅠ-Ⅱ。
对公式（1）进行化简处理可得：
（2）
（3）
联立公式（2）、（3）可得： ；
即：
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实验法建立函数式的途径；
3.加深对局部阻力损失机理的理解；
二．实验设备
三．实验原理
本实验的局部阻力源自管道截面积的突然扩大和突然缩小。突然扩大损失是指流道截面突然变大，流线不能突然转折而必须做逐步扩大运动，突扩区域由于液流倒流形成漩涡区，产生能量损失，漩涡是造成能量损失的关键。突然缩小损失是指流道截面突然缩小，流线不能突然转折造成流股收缩，突缩区域的后部形成局部脱流和附壁，在突缩管路中存在加速收缩流和扩散减速流，两者都会产生局部阻力。
圆管局部阻力系数测定
实验指导与报告
学院＿＿＿＿＿＿＿专业＿＿＿＿＿＿＿班级＿＿＿＿＿＿
姓名＿＿＿＿＿＿＿同组者＿＿＿＿＿＿指导教师＿＿＿＿
学号＿＿＿＿＿＿＿日期＿＿＿＿＿＿＿成绩＿＿＿＿＿＿
吉林大学
圆管局部阻力系数测定
一．
1.在不同雷诺数条件下，测定液体流经管路断面突然扩大和突然缩小部分时局部阻力系数ξ的值，并与经验值比较，分析误差产生原因；
5.点击操作界面右侧的测量按钮，即可获得测量数据，如测量数据不理想，可重新进行该操作，直到获取理想数据；
6.实验完成后，点击打印按钮，获得实验数据；
7.实验结束后，关闭计算机，关闭水泵，关闭电源；
★突然缩小局部阻力系数测定
本实验涉及到的传感器和阀门如下：
传感器：1#（压力传感器）、2#（压力传感器）、4#（流量传感器）；