第0页共47页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第0页共47页实验一流体摩擦阻力系数测定一、实验目的及任务1、学习流体在管道内摩擦阻力ΔPf及摩擦阻力系数λ的测定方法；2、确定摩擦阻力系数λ与雷诺数Re和相对粗糙度ε/d之间的关系；3、在双对数坐标纸上绘出λ～Re曲线并与莫迪图进行比较；4、测定局部（阀门）阻力系数ζ。二、实验基本原理由于有粘性和涡流的影响，流体流动时会产生流动阻力。其大小与管子的长度、直径、流体流速和管道摩擦阻力系数有关。本实验分为直管摩擦系数和局部（阀门）阻力系数ζ两种情况。1、直管摩擦系数与雷诺数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λ=f(Re,ε/d)，对一定的相对粗糙度而言，λ=f(Re)。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：hf=P1−P2ρ=ΔPfρ（1-1）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）hf=ΔPfρ=λldu22（1-2）整理（1-1）（1-2）两式得λ=2dρ⋅l⋅ΔPfu2（1-3）第1页共47页第0页共47页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共47页Re=d⋅u⋅ρμ（1-4）式中：d−管径，m；ΔPf−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/m3；μ−流体的粘度，N·s/m2。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ΔPf与流速u（流量V）之间的关系。根据实验数据和式（1-3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（1-4）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。2、局部（阀门）阻力系数ζ的测定hf'=ΔP'fρ=ζu22（1-5）ζ=(2ρ)⋅ΔP'fu2（1-6）式中：ζ−局部阻力系数，无因次；ΔPf'−局部阻力引起的压强降，Pa；hf'−局部阻力引起的能量损失，J／kg。第2页共47页第1页共47页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共47页图1-1局部阻力测量取压口布置图局部阻力引起的压强降ΔPf'可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口a-a’和b-b＇，见图1-1，使ab＝bc；a＇b＇＝b＇c＇则△Pf，ab＝△Pf，bc；△Pf，a＇b＇=P△f，b＇c＇在a~a＇之间列柏努利方程式：Pa－Pa＇=2P△f，ab+2P△f，a＇b＇+P△＇f（1-7）在b~b＇之间列柏努利方程式：Pb－Pb＇=P△f，bc+P△f，b＇c＇+P△＇f=P△f，ab+P△f，a＇b＇+P△＇f（1-8）联立式（1-7）和（1-8），则：ΔPf'＝2（Pb－Pb＇）－（Pa－Pa＇）为了实验方便，称（Pb－Pb＇）为近点压差，称（Pa－Pa＇）为远点压差。用差压传感器来测量。三、实验装置及流程实验流程示意图见图1-2。水泵2将储水槽1中的水抽出，送入实验系统，首先经流量调节阀14、玻璃转子流量计15、16测量流量，然后送入被测直管段测量流体在光滑管或粗糙管的流动阻力；或经阀门10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12或空气-水倒置∪型管22来测量。图1-2流动阻力实验流程示意图1-水箱；2-离心泵；3、4-放水阀；5、13-缓冲罐；6-局部阻力近端测压阀；第3页共47页第2页共47页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共47页7、15-局部阻力远端测压阀；8、20-粗糙管测压阀；9、19-光滑管测压阀；10-局部阻力管阀；11-U型管进水阀；12-压力传感器；14-流量调节阀；15、16-水转子流量计；17-光滑管阀；18-粗糙管阀；21-倒置U型管放空阀；22-倒置U型管；23-水箱放水阀；24-管线放水阀；25-压差表；26-温度表；27-泵开关；28-总电源开关本实验共有8套实验设备，其主要技术数据如下:被测光滑直管段：设备编号管径d/m管长L/m材料10.0081491.700Cr18Ni920.0080101.700Cr18Ni930.0081611.700Cr18Ni940.0080161.700Cr18Ni950.0081521.700Cr18Ni960.0081501.700Cr18Ni970.0080501.700Cr18Ni980.0080581.700Cr18Ni92.被测粗糙直管段：管径d—0.010m；管长L—1.7...
