工程流体力学 沿程阻力实验
流体流动阻力测定实验报告
实验名称：液体流动阻力的测定实验 一、 实验目的① 掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。
② 测定直管摩擦阻力系数λ及突然扩大管和阀门的局部阻力系数ξ ③ 验证湍流区摩擦阻力系数λ为雷诺数Re 和相对粗糙度的函数。
④ 将所得光滑管的Re -λ方程和Blasius 方程相比较。
二、 实验器材流体流动阻力实验装置三、 实验原理1、直管摩擦阻力不可压缩流体（如水），在圆形直管中做稳定流动时，由于粘性和涡流的作用产生摩擦阻力；流体在流过突然扩大、弯头等官件时，由于流体运动的速度和方向突然变化，产生局部阻力。
影响流体阻力的因素较多，在工程上通过采用量纲分析方法简化实验，得到在一定条件下具有普遍意义的结果，其方法如下。
流体流动阻力与流体的性质，流体流经处的几何尺寸以及流动状态有关，可表示为),,,,,(εμρu l d f p =∆引入下列无量纲数群。
雷诺数 μρdu =Re相对粗糙度d ε管子长径比 dl从而得到)l,,(2d d du up εμρρψ=∆ 令)(Re,dεΦ=λ2)(Re,l 2u d d pεΦ=∆ρ 可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系，这种关系可用实验方法直接测定。
2l 2u d ph f ⨯=∆=λρ式中 f h ——直管阻力，J/kg ；l ——被测管长，m ；d ——被测管内径，m ； u ——平均流速，m / s ； λ——摩擦阻力系数。
当流体在一管径外d 的圆形管中流动时，选取两个截面，用U 形压差计测出这两个截面的静压强差，即为流体流过两截面的流动阻力。
根据伯努利方程找出静压强差和摩擦阻力系数的关系式，即可求出摩擦阻力系数。
改变流速可测不同Re 下的摩擦阻力系数，这样就可得出某一相对粗糙度下管子的Re -λ关系。
（1） 湍流区的摩擦阻力系数在湍流区内)(Re,μεf =λ。
对于光滑管，大量实验证明，当Re 在5310~103⨯范围内，λ与Re 的关系Blasius 关系，即25.0Re /3163.0=λ对于粗糙管，λ与Re 的关系均以图来表示。
管路沿程阻力测定
管路沿程阻力测定一、实验目的1、掌握流体流经管道时沿程阻力损失的测定方法;2、测定流体流过直管时的摩擦阻力，确定摩擦系数λ与Re 的关系； 3,、测定流体经过管件时的局部阻力，并求出阻力系数ζ； 4、学会压差计和流量计的使用。
二、实验原理流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，会引起压强的损耗。
这种损耗包括流体流经直管的沿程阻力以及流体流动方向的改变或因管子的大小，形状的改变所引起的局部阻力。
1.沿程阻力流体在水平均匀管道中稳定流动时，由截面1到截面2，阻力损失表现为压强降低：2/)2(// hf ∧••=∆=u d l p λρ流体在水平均匀管道中稳定流动时，阻力损失表现为压强降低。
湍流流动时，影响阻力因素十分复杂，目前不能完全用理论的方法求解，必须通过研究规律。
为减少实验工作量，扩大试验结果的应用范围，可采用因次分析法将各个变量综合成准数关系式。
影响阻力损失的因素有：1）流体性质：密度ρ，粘度μ；2）管路的几何尺寸：管径d ，管长l ，管壁粗糙度ε； 3）流动条件：流速u 。
有变量关系进行组合，得到无因次式，引入： )/(Re,d εϕλ= 得到公式：2/)2(// hf ∧⋅⋅=∆=u d l p λρ上式中λ为直管摩擦系数，滞流时，R /64=λ；湍流时，λ与Re 的关系受管壁粗糙度的影响，许实验测得。
根据伯努利方程可知，流体通过直管的严程阻力损失，课直接测量液柱压差计的读数R (m)算出: )(水指ρρ-=∆R p g其中：指ρ—压差计中指示剂的密度（kg.m -3）。
本实验以水银作为指示剂，另一流体为水。
2.局部阻力局部阻力通常有两种表示方法：当量长度法和阻力系数法。
1）当量长度法：流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相同管径的若干米长度的直管阻力损失，这直管长度称为当量长度，用符号le 表示。
这样，就可以用直管阻力公式来计算局部阻力损失。
而且在管路计算时，可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，如管路直管长度为l ，各种局部阻力的当量长度值和为∑e l ，则流体在管路中流动时总阻力损失∑f h 为：()[]2/)2(/∧⋅+⋅=∑∑u d l l h e f λ2）阻力系数法：流体流过某一管件或阀门的阻力损失用流体在管路中的动能系数h p 表示：2/)2(∧⋅=u h p ζ 式中：ζ—局部阻力系数，无因次；u —在小截面管中流体的平均流速（m/s ）。
水力学实验报告之沿程阻力损失实验
沿程阻力损失实验1．本实验中，沿程阻力损失就是压差计的压差，如果管道有一定的倾角，压差计的压差是否还是沿程阻力损失？为什么？现以倾斜等径管道上装设的水银多管压差计为例说明（图中A —A 为水平线）： 如图示O —O 为基准面，以1—1和2—2为计算断面，计算点在轴心处，设21v v =，∑=0j h ，由能量方程可得⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-γγ221121p Z p Z h f 111222216.136.13H H h h H h h H p p +∆-∆-∆+∆+∆-∆+-=γγ 112226.126.12H h h H p +∆+∆+-=γ∴ ()()122211216.126.12h h H Z H Z h f ∆+∆++-+=-)(6.1221h h ∆+∆=这表明水银压差计的压差值即为沿程水头损失，且和倾角无关。
2．根据实测m 值判断本实验的流区。
f h lg ～v lg 曲线的斜率m=1.0～1.8，即f h 与8.10.1-v 成正比，表明流动为层流（m=1.0）、紊流光滑区和紊流过渡区（未达阻力平方区）。
3．管道的当量粗糙度如何测得？当量粗糙度的测量可用实验的方法测定λ及e R 的值，然后用下式求解：（1）考尔布鲁克公式⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆-=λλe R d 51.27.3lg 21莫迪图即是本式的图解。
（2）S ．J 公式()[]29.074.57.ln 325.1e R d +∆=λ（3）Barr 公式 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆-=89.01286.57.3lg 21e R d λ 其中（3）式精度最高。
在反求d ∆时，（2）式开方应取负号。
也可直接由λ～e R 关系在莫迪图上查得d∆，进而得出当量粗糙度∆值。
4．实验工程中的钢管中的流动，大多为光滑紊流或紊流过渡区，而水电站泄洪洞的流动，大多数为紊流阻力平方区，其原因何在？钢管的当量粗糙度一般为0.2mm ，常温下，s cm /01.02=ν，经济流速s cm /300，若实用管径D=（20～100）cm ，其5106⨯=e R ～6103⨯，相应的d∆=0.0002～0.001，由莫迪图可知，流动均处在过渡区。
沿程阻力损失实验.
沿程阻力损失实验一、实验目的1．加深了解圆管层流和紊流的沿程阻力损失变化的规律，绘制f h lg ～v lg 曲线。
2．掌握管道沿程阻力系数的测定和应用气—水压差计及电测仪测量压差的方法。
3．将测得的Re ～ 关系值与莫迪图对比，进一步提高实验成果分析能力。
10．实验流量调节阀 11．供水管与供水阀 12．旁通管与旁通阀 13．稳压筒1．实验装置配备 ● 自动水泵与稳压器自循环高压恒定全自动供水器由离心泵、自动压力开关、气—水压力罐式稳压器等组成。
压力超高时自动停机，过低时自动开机。
为避免因水泵直接向实验管道供水而造成压力波动等影响，离心泵的输水是先进入稳压器的压力罐，经稳压后再送向实验管道。
● 旁通管与旁通阀由于本实验装置所采用水泵的特性，在供小流量时有可能时开时停，从而造成压力的波动。
为了避免这种情况出现，供水器设有与蓄水箱直通的旁通管(图中未标出)，通过分流可使水泵持续稳定运行。
旁通管中设有调节分流量至蓄水箱的阀门，即旁通阀，实验流量随旁通阀开度减小(分流量减小)而增大。
实际上旁通阀又是本装置用以调节流量的重要阀门之一。
2．压差测量方法管道沿程阻力分别由压差计和电测仪量测，低压差用水压差计量测；而高压差用电子量测仪(电测仪)量测。
三、实验原理管道沿程阻力由达西公式gv d l h f 22⋅=λ得222241212Q h K Q d l gdh v lgdh f f f=⎪⎭⎫⎝⎛=⋅=πλ l gdK 852π=对于水平等直径圆管可得)(21p p h f -=f h 由压差计和电测仪量测，低压差用水压差计量测；高压差用电子量测仪(电测仪)量测。
四、实验方法与步骤1．实验准备●检查实验装置，连接好实验设备。
●开启所有阀门，包括进水阀、旁通阀、流量调节阀。
●打开水泵防尘罩，接通电源。
●排气。
测压架端软管排气：连续开关旁通阀数次，待水从测压架中经过即可。
排气完毕，打开旁通阀。
若测压管内水柱过高，可打开测压架顶部放气阀，（所有阀门都打开，）水柱自动降落，至正常水位拧紧放气阀即可。
《工程流体力学》实验指导书剖析
《工程流体力学》实验指导书适用专业：机械电子工程上海电机学院2014年9月目录实验一雷诺实验 (1)实验二局部水头损失实验 (5)实验三沿程水头损失实验 (10)实验一雷诺实验一、实验目的和要求1. 观察层流、湍流的流态及其转换过程；2. 测定临界雷诺数，掌握园管流态判别准则；3. 学习应用量纲分析法进行实验研究的方法，确定非圆管流的流态判别准数。
二、实验装置1．实验装置简图实验装置及各部分名称如图1所示。
图1 雷诺实验装置图1. 自循环供水器2. 实验台3. 可控硅无级调速器4. 恒压水箱5. 有色水水管6. 稳水孔板7. 溢流板8. 实验管道9. 实验流量调节阀10. 稳压筒11.传感器12. 智能化数显流量仪2. 装置说明与操作方法供水流量由无级调速器调控，使恒压水箱4始终保持微溢流的程度，以提高进口前水体稳定度。
本恒压水箱设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到3~5分钟。
有色水经有色水水管5注入实验管道8，可据有色水散开与否判别流态。
为防止自循环水污染，有色指示水采用自行消色的专用色水。
实验流量由调节阀9调节。
流量由智能化数显流量仪测量，使用时须先排气调零，所显示为一级精度瞬时流量值。
水温由数显温度计测量显示。
三、 实验原理1883年, 雷诺(Osborne Reynolds)采用类似于图1所示的实验装置，观察到液流中存在着层流和湍流两种流态：流速较小时，水流有条不紊地呈层状有序的直线运动，流层间没有质点混掺，这种流态称为层流；当流速增大时，流体质点作杂乱无章的无序的直线运动，流层间质点混掺，这种流态称为湍流。
雷诺实验还发现存在着湍流转变为层流的临界流速c v ，c v 与流体的粘性ν、园管的直径d 有关。
若要判别流态，就要确定各种情况下的c v 值，需要对这些相关因素的不同量值作出排列组合再分别进行实验研究，工作量巨大。
雷诺实验的贡献不仅在于发现了两种流态，还在于运用量纲分析的原理，得出了量纲为一的判据——雷诺数Re ，使问题得以简化。
2-流体流动阻力测定实验
一、 实验目的1、 掌握流体经直管和管阀件时阻力损失的测定方法。
通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。
2、 测定直管摩擦系数λ于雷诺准数Re 的关系。
3、 测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数ξ。
4、 学会压差计和流量计的适用方法。
5、 观察组成管路的各种管件、阀件，并了解其作用。
二、 实验原理流体在管内流动时，犹豫粘性剪应力和涡流的存在，不可避免得要消耗一定的机械能，这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起局部阻力。
1、沿程阻力影响阻力损失的因素很多，尤其对湍流流体，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。
为了减少实验工作量，使实验结果具有普遍意义，必须采用因次分析方法将各变量组合成准数关联式。
根据因次分析，影响阻力损失的因素有， (a)流体性质：密度ρ、粘度μ；(b)管路的几何尺寸：管径d 、管长l 、管壁粗糙度ε； (c)流动条件：流速μ。
可表示为： 则式中，λ称为摩擦系数。
层流 (滞流)时，λ＝64／Re ；湍流时λ是雷诺准数Re 和相对粗糙度的函数，须由实验确定 2、局部阻力局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。
(1)当量长度法流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号le 表示。
则流体在管路中流动时的总阻力损失 为 （2)阻力系数法流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法。
ρρpp p h f ∆=-=21),,,,,(ερμu l d f p =∆22u d l ph f λρ=∆=∑f h 22u d le l h f ∑∑+=λ即式中，ξ——局部阻力系数，无因次； u ——在小截面管中流体的平均流速，m ／s三、 实验装置流程（1）实验装置实验装置如图所示主要由离心泵，不同管径、材质的管子，各种阀门和管件、转子流量计等组成。
管路沿程阻力
实验一管路沿程阻力测定一、实验目的1.掌握流体流经管道时沿程阻力损失的测定方法。
2.测定流体流过直管时的摩擦阻力，测定摩擦系数λ与Re的关系。
3.测定流体流过管件时的局部阻力，并求出阻力系数ζ。
4.学会压差计和流量计的使用。
二、实验原理流体在管路中流动时，会引起压强损耗。
包括流经直管的沿程阻力以及各种局部阻力。
1.沿程阻力：流体层流流动时：湍流流动时，影响阻力损失的因素十分复杂，必须通过实验研究其规律。
为减少实验工作量，扩大实验结果的应用范围，可以采用因次分次法将各个变量综合成准数关系式。
影响阻力损失的因素：1）流体性质：密度、粘度；2）管路的几何尺寸：管径d，管长l，管壁粗糙度；3）流动条件：流速u。
组合成：); ;==λ层流时，λ;湍流时，λ需从实验测得。
流体流过直管的沿程阻力损失：指水2.局部阻力：局部阻力的两种表示方法：当量长度法，阻力系数法。
1）当量长度法管路直管长度为l,各种局部阻力长度之和为,流体在管路中流动时总阻力损失为λ2) 阻力系数法流体流过某一管件或阀门的阻力损失用流体在管路中的动能系数U可以由涡轮流量计及MMD智能流量仪算出(m/s)三、实验装置与流程1.本实验装置及设备主要参数：被测元件：镀锌水管，管长2.0m，管径0.021m,闸阀D=1）测量仪表：u形压差计；LW-15型涡轮流量计（精度0.5级，量程0.4-4.0,仪器1仪表常数599.41次/升，仪器2仪表常数605.30次/升，MMD智能流量仪）2）循环水泵3）循环水箱4）DZ15-40型自动开关5）数显温度表2.流程：10流体流动阻力损失实验流程图（1）水箱（6）放空阀（11）取压孔（2）控制阀（7）排液阀（12）U形压差计（3）放空阀（8）数显温度表（13）闸阀（4）U形压差计（9）泵（14）取压孔（5）平衡阀（10）涡轮流量计四、实验操作步骤及注意事项1.水箱充水至80%。
2.仪表调整。
3.打开压差计上平衡阀，关闭各放气阀。
实验一流体流动阻力
实验一流体流动阻力的测定一、实验目的1．了解流体流过直管或管件阻力的测定方法。
2．掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系的变化规律。
3．熟悉液柱压差计和转子流量计的使用方法。
4．测定流体流过阀门、变径管件（突然扩大、突然缩小）的局部阻力系数ξ。
二、实验内容1．测定流体流经直管（不锈钢管、镀锌管）时摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系。
2．测定全开截止阀、突然扩大及突然缩小的阻力系数ξ。
三、基本原理流体在管路中流动时,由于粘性剪应力和涡流的存在,不可避免地引起流体压力的损失。
流体在流动时所产生的阻力有直管摩擦阻力(又称沿程阻力)和管件的局部阻力。
这两种阻力，一般都是用流体的压头损失h f或压强降∆P f表示。
1.直管阻力直管摩擦阻力h f与摩擦系数λ之间关系(范宁公式)如下:h f=λ·ld·u22(1—1)式中h f——直管阻力损失, J/kg；l——直管长度, m；d——直管内径, m；u——流体平均速度, m/s；λ——摩擦系数，无因次。
其中摩擦系数λ是雷诺数Re和管壁相对粗糙度ε/d的函数，即λ=f(Re,ε/d)。
对一定相对粗糙度而言，λ=f(Re)；λ随ε/d和Re的变化规律与流体流动的类型有关。
层流时，λ仅随Re变化，即λ=f(Re)；湍流时，λ既随Re变化又随相对粗糙度ε/d改变，即λ=f(Re,ε/d)。
据柏努利方程式可知阻力损失hf的计算如下：h f=(Z1-Z2)g+ρ21pp-+22 22 1uu-(1—2) 当流体在等直径的水平管中流动时，产生的摩擦阻力可由式(1—2)化简而得：h f =p p 12-ρ=∆p ρ=ρfp ∆ (1—3)式中 ρ——流体的平均密度， kg/m 3；p 1——上游测压截面的压强, Pa ；p 2——下游测压截面的压强, Pa ；∆p ——两测压点之间的压强差， Pa ；∆p f ——单位体积的流体所损失的机械能， Pa 。
其中压强差∆p 的大小采用液柱压差计来测量，即在实验设备上于待测直管的两端或管件两侧各安装一个测压孔，并使之与压差计相连，便可测出相应压差∆p 的大小。
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中国石油大学（华东） 工程流体力学 实验报告
实验日期： 成绩：
班级： 学号： 姓名： 教师：
同组者：
实验七、沿程阻力实验
一、实验目的
1.掌握测定镀锌铁管管道沿程阻力系数的方法。
2.在双对数坐标纸上绘制λ-Re关系曲线。
3.进一步理解沿程阻力系数随雷诺数的变化规律。
二、实验装置
本实验采用管流实验装置中的第1根管路，即实验装置中最细的管路。在测
量较大压差时，采用两用式压差计中的汞-水压差计；压差较小时换用水-气压差
计。
另外，还需要的测量工具有量水箱、量筒、秒表、温度计、水的粘温表。
F1—— 文丘利流量计 ； F2—— 孔板流量计 ；F3—— 电磁流量计 ；
C—— 量水箱 ； V—— 阀门 ； K—— 局部阻力试验管路
图7-1 管流综合实验装置流程图
三、实验原理
本实验所用的管路水平放置且等直径，因此利用能量方程可以推导出管路两
点间的沿程水力损失计算公式为：
gvDLhf22 （1-7-1）
式中 λ——沿程阻力系数；
L——实验管段两端面之间的距离，m；
D——实验管内径，m；
g——重力加速度（g=9.8 m/s2）；
v——管内平均流速，m/s；
hf——沿程水头损失（由压差计测定），m 。
由式（1-7-1）可以得到沿程阻力系数λ的表达式：
22vhLDgf （1-7-2）
沿程阻力系数λ在层流时只与雷诺数有关，在紊流时与雷诺数、管壁粗糙度
都有关。
当实验管路粗糙度保持不变时，可以得到该管的λ-Re关系曲线。
四、实验要求
1．有关常数 实验装置编号：No. 4
管路直径：D = 1.58×10-2 m；水的温度：T = 18.0 ℃；
水的密度:= 998.62 kg/m3；动力粘度系数：= 1.0559×10-3 Pas；
运动粘度系数：= 1.0574×10-6 m2/s； 两测点之间的距离：L= 5 m
2．实验数据记录及处理见表7-1和表7-2。
表7-1 沿程阻力实验数据记录表
次
数
流量 汞-水压差计 水-气压差计
dh -2/(10m) uh -2/(10m) V -63/(10m) t/s 1'h -2/(10m) 2'h -2/(10m) 1h -2/(10m) 2
h
-2
/(10m)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
表7-2 沿程阻力实验数据处理表
次
数
Q
-63
/(10m/s)
v
-2
/(10m/s)
Δ
'
h
-2
/(10m)
h
-2
/(10m)
f
h
-2
/(10m)
Re
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
以其中一组数据写出计算实例。
以第一组数据为例：
流量smthhAQdu/10971.42222.36/10)2.125.50(10400/)(3624
由vAQ，则管内平均流速为
smDQAQv/10728.2154/)1058.1(10971.4224/22262
7.32234100574.110728.2151058.1Dve1164.0)10728.215(1044.87451058.18.9221044.874104.69)16.13()16.13(104.692.266.95-6222222222'2'1'2'RvhLDgmhhmhhhff雷诺数
沿程阻力系数
沿程水头损失
水压差计压差汞
3．在双对数坐标纸上绘制-Re的关系曲线。
五、实验步骤
1.阀门V1完全打开。一般情况下V1是开着的，检查是否开着最大即可。
2.打开阀门V10排气，排气完毕后将阀门关闭。
3.打开实验管路左、右测点及压差计上方的球形阀，检查压差计左右液面是
否齐平。若不齐平。须排气（为防止汞发生外泄，排气时应在教师的指导下进行）。
4.用打气筒将水-气压差计的液面打到中部，关闭压差计上、下方的三个球
形阀，将阀门V11完全打开。待水流稳定后，记录压差计读数，同时用体积法测
流量（当压差为5~7cm汞柱时，打开压差计下方的两个球形阀，由汞-水压差计
换用水-气压差计来读压差）。
5.逐次关小阀门V11，记录17组不同的压差及流量。
6.用量筒从实验管路中接足量的水，放入温度计5min后读出水的温度，查
《水的密度和粘度表》得到动力系数μ。
7.实验完毕后，依次关闭阀门V11及实验管路左、右两测点的球形阀，并打
开两用式压差计上部的球形阀。
六、注意事项
1.本实验要求从大流量开始做（注意一定要把阀门V11完全打开），然后逐
渐调小流量，且在实验过程中阀门V11不能逆转。
2.实验点分配要求尽量合理，在记录压差和流量时，数据要一一对应。
3.使用量筒、温度计等仪器设备时，一定要注意安全。
4.做完实验后，将量筒、温度计放回原处，将秒表交回。
七、问题分析
1．如将实验管安装成倾斜的，比压计中的读数差是不是沿程水头损失fh？
答：比压计中的读数差仍是沿程水头损失，因为由比压计两测量点的能量方
程有：)2()2(22222111gvpzgvpzhf，由于管路是等直径的，则：
)()(2211pzpzhf
，即沿程水头损失等于测压管的水头差，而比压计的读
数差即为测压管的水头差，所以不论实验管安装成水平的还是倾斜的，比压计的
读数差都是沿程水头损失。
2．随着管路使用年限的增加，-Re关系曲线会有什么样的变化？
答：随着管路使用年限的增加，内管壁的粗糙度也会增加，由于沿程阻力系
数在层流时只与雷诺数有关，则-Re关系曲线在层流段变化不大；在紊流段由
于管壁粗糙度的增加，沿程水头损失会相应的增加，由式（1-7-2）知沿程阻力
系数进而会增大 ，所以紊流段-Re关系曲线会向上偏移。
3．当流量、实验管段长度相同时，为什么管径愈小，两断面的测压管液面
差愈大？其间的变化规律如何？
答：由式（1-7-1）知52222282)]4//([2gDLQgDQDLgvDLhf,当流量、
实验管段长度相同时，管径愈小，沿程水头损失会愈大，而沿程水头损失的大小
和测压管液面差是相等的，所以两断面的测压管液面差会愈大，变化规律即如上
式所示。
八、心得体会