本科生实验报告实验课程化工原理学院名称材料与化学化工学院专业名称学生姓名学生学号指导教师曾英、曹语晴实验地点测试楼实验成绩二〇年月二〇年月实验一管路流体阻力的测定同组实验同学：一、实验目的研究管路系统中的流体流动和输送，其中重要的问题之一，是确定流体在流动过程中的能量损耗。流体流动时的能量损耗（压头损失），主要由于管路系统中存在着各种阻力。管路中的各种阻力可分为沿程阻力（直管阻力）和局部阻力两大类。本实验的目的，是以实验方法直接测定摩擦系数λ和局部阻力系数ζ。二、实验原理当不可压缩流体在圆形导管中流动时，在管路系统内任意二个截面之间列出机械能衡算方程为gZ1+P1ρ+u122=gZ2+P2ρ+u222+hfJ⋅kg−1(1)或Z1+P1ρg+u122g=Z2+P2ρg+u222g+Hfm液柱(2)式中；Z—一流体的位压头，m液柱；P——流体的压强，Pa；U—一流体的平均流速，m·s-1h；—一单位质量流体因流体阻力所造成的能量损失，J·kg-1Hf—一单位重量流体因流体阻力所造成的能量损失，即所谓压头损失，m液柱；符号下标1和2分别表示上游和下游截面上的数值。假若：（1）水作为试验物系，则水可视为不可压缩流体；（2）试验导管是按水平装置的，则Z1=Z2；（3）试验导管的上下游截面上的横截面积相同，则u1=u2.因此（1）和（2）两式分别可简化为hf=P1−P2ρJ⋅kg-1(3)Hf=P1−P2ρgm水柱(4)由此可见，因阻力造成的能量损失（压头损失），可由管路系统的两截面之间的压力差（压头差）来测定。当流体在圆形直管内流动时，流体因摩擦阻力所造成的能量损失（压头损失），有如下一般关系式：hf=P1−P2ρ=λ⋅ld⋅u22J⋅kg−1(5)或Hf=P1−P2ρg=λ⋅ld⋅u22gm水柱(6)式中；d—一圆形直管的管径，m；l—一圆形直管的长度，m；λ—一摩擦系数，【无因次】。大量实验研究表明：摩擦系数又与流体的密度ρ和粘度μ,管径d、流速u和管壁粗糙度ε有关。应用因次分析的方法，可以得出摩擦系数与雷诺数和管壁相对粗糙度ε／d存在函数关系，即λ=f(Re,εd)(7)通过实验测得λ和Re数据，可以在双对数坐标上标绘出实验曲线。当Re＜2000时，摩擦系数λ与管壁粗糙度ε无关。当流体在直管中呈湍流时，λ不仅与雷诺数有关，而且与管壁相对粗糙度有关。当流体流过管路系统时，因遇各种管件、阀门和测量仪表等而产生局部阻力，所造成的能量损失（压头损失），有如下一般关系式：hf'=ζu22J⋅kg−1或Hf'=ζu22gm液柱式中：u—一连接管件等的直管中流体的平均流速，m·s-1；ζ—一局部阻力系数【无因次】。由于造成局部阻力的原因和条件极为复杂，各种局部阻力系数的具体数值，都需要通过实验直接测定。三、实验装置本实验装置主要是由循环水系统（或高位稳压水槽）、试验管路系统和高位排气水槽串联组合而成，每条测试管的测压口通过转换阀组与压差计连通。压差由一倒置U形水柱压差计显示。孔板流量计的读数申另一倒置U形水柱压差计显示。该装置的流程如图2-1所示。图2-1管路流体阻力实验装置流程1．循环水泵；2．光滑试验管3．粗糙试验管4．扩大与缩小试验管；5．孔板流量计；6．阀门；7.转换阀组；8.高位排气水槽．试验管路系统是由五条玻璃直管平行排列，经U形弯管串联连接而成。每条直管上分别配置光滑管、粗糙管、骤然扩大与缩小管、阀门和孔板流量计。每根试验管测试段长度月两测压口距离均为0.6m。流程图中标出符号G和D分别表示上游测压口（高压侧）和下游测压口低压侧）。测压口位置的配置，以保证上游测压口距U形弯管接口的距离，以及下游测压口距造成局部阻力处的距离，均大于50倍管径。作为试验用水，用循环水泵或直接用自来水由循环水槽送入试验管路系统，由下而上依次流经各种流体阻力试验管，最后流人高位排气水槽。由高位排气水槽溢流出来的水，返回循环水槽。水在试验管路中的流速，通过调节阀加以调节。流量由试验管路中的孔板流量计测量，并由压差计显示该数。四、实验方法实验前准备工作须按如下步骤顺序进行操作：（1）先将水灌满循环水槽，然后关闭试验导管入口的调节阀，再启动循环水泵。待泵运转正常后，先将试验导管中的旋塞阀全部打开，并关闭转换阀组中的全部旋塞，然后缓慢开启试验导管...
