北 京 化 工 大 学
实 验 报 告
课程名称： 化工原理实验 实验日期： 2008.10.29 班 级： 化工0602 姓 名：许兵兵
学 号： 200611048 同 组 人 ：汤全鑫 阮大江 阳笑天
流体流动阻力的测定
摘要
? 测定层流状态下直管段的摩擦阻力系数（光滑管、粗糙管和层流管）。 ? 测定湍流状态不同（ε/d）条件下直管段的摩擦阻力系数（突然扩大管）。 ? 测定湍流状态下管道局部的阻力系数的局部阻力损失。 ? 本次实验数据的处理与图形的拟合利用Matlab完成。
关键词
流体流动阻力 雷诺数 阻力系数 实验数据 Matlab
一、实验目的
1、掌握直管摩擦阻力系数的测量的一般方法；
2、测定直管的摩擦阻力系数λ以及突扩管的局部阻力系数ζ； 3、测定层流管的摩擦阻力
4、验证湍流区内λ、Re和相对粗糙度的函数关系
5、将所得光滑管的??Re方程与Blasius方程相比较。
二、实验原理
不可压缩流体（如水），在圆形直管中作稳定流动时，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和弯头等管件时，由于流体运动的速度和方向突然发生变化，产生局部阻力。影响流体流动阻力的因素较多，在工程研究中，利用因次分析法简化实验，引入无因此数群
Re?雷 诺 数：
du??
?相对粗糙度： d
l管路长径比： d
可导出：
?pl?u2???(Re,)??dd2
这样，可通过实验方法直接测定直管摩擦阻力系数与压头损失之间的关系：
lu2Hf??????d2
?p因此，通过改变流体的流速可测定出不同Re下的摩擦阻力系数，即可得出一定相对粗糙度的管子的λ—Re关系。
在湍流区内，λ = f（Re，ε/ d ），对于光滑管大量实验证明，当Re在3×103至105的范围内，λ与Re的关系遵循Blasius关系式，即：
??0.3163Re0.25
对于层流时的摩擦阻力系数，由哈根—泊谡叶公式和范宁公式，对比可得：
??64Re
局部阻力：
u2Hf=?? [J/kg]
2三、装置和流程
图1 流体阻力实验装置流程图 1． 水箱 2．离心泵 3．孔板流量计 4．管路切换阀 5．测量管路 6．稳流罐 7．流量调节阀
四、操作步骤
1、启动水泵，打开光滑管路的开关阀及压降的切换阀，关闭其它管路的开关阀和切换阀； 2、排尽体系空气，使流体在管中连续流动。检验空气是否排尽的方法是看当流量为零时候U形压差计的两液面是否水平；
3、调节倒U型压差计阀门1、2、3、4、5的开关，使引压管线内流体连续、液柱等高；
4、打开流量调节阀，由大到小改变10次流量（Remin＞4000）,记录光滑管压降、孔板压降数据； 5、完成10组数据测量后，验证其中两组数据，确保无误后，关闭该组阀门； 6、测量粗糙管（10组）、突然扩大管（6组）数据时，方法及操作同上；
7、测量层流管压降时，首先连通阀门6、7、8、9、10所在任意一条回流管线，其次打开进入高位水灌的上水阀门11，关闭出口流量调节阀16；
8、当高位水灌有溢流时，打开层流管的压降切换阀，对引压管线进行排气操作；
9、打开倒U型压差计阀门5，使液柱上升到n型压差计示数为0的位置附近，然后关闭该阀门，检
查两边液柱是否等高；
10、调节阀门16，改变6次流量（Remax＜2000），记录光滑管压降体积数据；
11、所有实验完成后，关闭阀门、停泵、切断电源，清理实验台，整理所用仪器，填好原始数据表格。
五、原始数据及处理
A、原始数据
3
18℃ 水的密度：ρ=998.2 kg/m 粘度：μ=1.0559×10-3 Pa?s B、数据处理整理 按照表后
表1.光滑管和粗糙管实验原始数据
光滑管数据：φ21mm的不锈钢管,ε=0.01~0.05 粗糙管数据：φ22mm的镀锌管, ε=0. 1~0.2 序号 流量 光滑管 流量 粗糙管 m3/h 左压强/pa 右压强/pa 差值/pa m3/h 左压强/pa 右压强/pa 差值/pa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4.36 3.96 3.55 3.11 2.65 2.14 1.82 1.42 1.07 0.53 2970 3220 3250 3280 3200 3070 3000 2890 2800 2700 -5050 -3150 -1920 -920 20 870 1350 1800 2130 2500 8020 4.30 5560 5400 5020 4760 4360 3870 3650 3460 3300 3200 -5400 -3800 -2260 -1230 -50 1170 1720 2220 2710 3050 10960 9200 7280 5990 4410 2700 1930 1240 590 150 6370 3.91 5170 4200 3.46 3.12 3180 2.66 2200 2.05 1650 1090 1.71 1.35 670 0.91 200 0.44
表2.突然扩大管局部阻力系数测定原始数据
突然扩大管：φ22×3mm→φ48×3mm不锈钢管 l1=140mm l2=250 实验 突然扩大管 序号 流量 m3/h 左压强/pa 右压强/pa 3.96 990 -1060 1 3.56 1730 100 2 3.06 2320 1180 3
表3.层流管实验原始数据 层流管：φ6×1.5mm 实验 序号 流出体积V/mL
差值/pa
2050
1630
1140
流量测定 时间 t/s 流量 3-1q/mh 左 压力损失（单位：Pa） 右 差值 1 2 3 4 5 6 7
135 117 100 76 52 30.81 0.0151 30.03 0.0139 30.03 0.0119 30.29 0.0090 30.55 0.0061 30.81 0.0032 90.36 0.0010 100 0 -60 -120 -160 -240 -330 752 810 840 850 870 930 960 652 810 900 970 1030 1170 1290 27 26
