流体流动阻力的测定实验误差分析

流体力学综合实验装置 流体流动阻力测定（45）

实验报告

姓 名： 学 号： 专 业： 指导老师： 装置号： 日期：

一、实验目的

1．掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。

2．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内λ与Re的关系曲线。 3．测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数?。 4．学会涡轮流量计的使用方法。

5．识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

二、基本原理

流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为： hf??pf??p1?p2???lu2d2

实验一：流体流动阻力的测定

一， 摘要

本实验以水为介质，使用FFRS-Ⅱ型流体阻力实验装置，通过测定不同管

道中流体流量和测压点间的压强差，结合已知管径管长，应用机械能守恒式算出不同管道摩擦阻力系数和雷诺数关系。实验验证了湍流状态下直管摩擦阻力系数受Re和ε/d共同影响；层流状态下，直管摩擦阻力系数仅是Re的函数，且在双对数坐标系内呈线性关系；局部阻力系数受Re和局部性状影响。

二， 目的及任务

⑴ 掌握测定流体流动阻力实验的一般方法。

⑵ 测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管的局部阻力系数ζ。 ⑶ 测定层流管的摩擦阻力。

⑷ 验证湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺系数Re和粗糙度的函数。 ⑸ 将所得光滑管的λ－Re方程与Blasius方程比较。

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；流体在突然扩大，弯头等管件时，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比较多，在工程上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

流体流动阻力实验装置（LZ101D）——实验指导书

流体流动阻力测定

实验指导书

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共 7页 浙江中控科教仪器设备有限公司

流体流动阻力实验装置（LZ101D）——实验指导书

流体流动阻力的测定

一、实验目的

1．掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。

2．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内λ与Re的关系曲线。 3．测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数?。 4．学会倒U形压差计和涡轮流量计的使用方法。 5．识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

二、基本原理

流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。 1．直管阻力摩擦系数λ的测定

流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为： hf??pf??p1?p2??lu2lu2?? （1）

d2即，

表1 光滑管数据表

光滑管内径：8mm 管长：1.698m 液体温度：（29.4。C+30.1。C）/2=29.8。C 液体密度：995.6kg/m3 液体粘度： 0.8004×10-3Pa? S Re 流量 直管压差△P △P 流速u λ （L/h） （kPa） mmH2O （Pa） （m/s） 100 ----- 127.0 1231.9 0.55 5473.063 0.039 150 ----- 257.0 2492.9 0.83 8259.35 0.034 250 6.00 ----- 6000 1.39 13831.92 0.029 350 10.49 ----- 10490 1.93 19205.48 0.027 450 16.44 ----- 16440 2.49 24778.05 0.025 550 22.98 ----- 22980 3.04 30251.11 0.024 650 31.43 ----- 31430 3.59 35724.18 0.023 750 40.94 ----- 40940 4.17 41495.77 0.022 850 50.92 ----- 50920 4.70 46769.82 0.022 9

表1 光滑管数据表

光滑管内径：8mm 管长：1.698m 液体温度：（29.4。C+30.1。C）/2=29.8。C 液体密度：995.6kg/m3 液体粘度： 0.8004×10-3Pa? S Re 流量 直管压差△P △P 流速u λ （L/h） （kPa） mmH2O （Pa） （m/s） 100 ----- 127.0 1231.9 0.55 5473.063 0.039 150 ----- 257.0 2492.9 0.83 8259.35 0.034 250 6.00 ----- 6000 1.39 13831.92 0.029 350 10.49 ----- 10490 1.93 19205.48 0.027 450 16.44 ----- 16440 2.49 24778.05 0.025 550 22.98 ----- 22980 3.04 30251.11 0.024 650 31.43 ----- 31430 3.59 35724.18 0.023 750 40.94 ----- 40940 4.17 41495.77 0.022 850 50.92 ----- 50920 4.70 46769.82 0.022 9

流体流动阻力及离心泵特性曲线测定

一．实验目的：

1.通过实验学习直管阻力、直管摩擦系数的测定方法，理解并掌握流体流经直管时摩擦系数与雷诺数Re的关系。

2.学习局部阻力、局部阻力系数ζ的测定方法。

3.通过实验理解离心泵的工作原理和操作方法，加深对离心泵性能的了解。 4.掌握管路特性曲线的测量方法。

二．实验原理：

1.流体流动阻力

流体在管路中流动时，由于内摩擦力和涡流的存在，不可避免的引起能量的损失。

其损失主要有直管阻力损失和局部阻力损失。 （1）直管阻力损失

流体在水平等径直管中稳定流动时，其阻力损失为： hf= ΔPf/ρ=(p1-p2)/ρ=λ(L/d)(u2/2) (3-1) λ=2dΔPf/ρLu2 (3-2) 式中 hf——单位质量流体流经Lm直管的机械损失，J/kg; 流体流经Lm直管的压降，Pa； λ——直管阻力摩擦系数，量纲为1； d——直管内径，m； ρ——流体密度，kg/m3 L——直管长度，m；

u——流体在管内流动的平均流

化工原理实验

北京化工大学

化工原理实验报告

实验名称：流体流动阻力测定 班 级：化工10 学 号： 姓 名： 同 组 人：

实验日期：2012.10.10

化工原理实验

流体阻力实验

一、摘要

通过测定不同阀门开度下的流体流量qv，以及测定已知长度l和管径d的光滑直管和粗糙直管间的压差 p，根据公式 2d p，其中 为实验温度下流体的密度；流体流速

l u2

u

4qv

，以及雷诺数Re du （ 为实验温度下流体粘度），得出湍流区光滑直管和粗糙2

d

直管在不同Re下的λ值，通过作 Re双对数坐标图，可以得出两者的关系曲线，以及和光滑管遵循的Blasius关系式比较关系，并验证了湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺数Re和相对粗糙度ε/d的函数。由公式 1

2

u2

2 p

可求出突然扩大管的局部阻力系数，以及由

1

u

64求出层流时的摩擦阻力系数 ，再和雷诺数Re作图得出层流管 Re

Re关系曲线。

关键词：摩擦阻力系数 局部阻力系数 雷诺数Re 相对粗糙度ε/d

二、实验目的

1、掌握测定流体流动阻力实验的一般试验方法；

2、测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管的局部阻力系数ζ； 3、测定层流管的摩擦阻力系数λ；

4、验证湍流区内摩擦阻力系数λ为

实验二 流体流型观测及临界雷诺数的测定

一.实验数据记录

1.实验设备基本参数： 试验导管内径d= 23mm

转子流量计 公称通径=25mm

2.实验数据记录：

二.1.查表知18℃水的相关物理参数如下：

2

密度 = 998.5kg/m3 黏度 =1.0559mN s m

2.数据处理

161

Q1 Q1i (88 89 90 85 88 89) 88.17L·h

6i 16

Q2

1 6

6

-1

i 2

Q2i (180 190 191 180 181 208) 188.33L·h

d2u,Re

4Q du

知，Re

d

1

6

-1

由Q

4

代入数据得：

4 88.17 10 3m3 s 1 998.5kg m 3

Re下 1282 3 3 2

3600 1.0559 10N s m 23 10m

4 188.33 10 3m3 s 1 998.5kg m 3

Re上 2738 3 2 3

3600 1.0559 10N s m 23 10m

三.实验误差分析

Re文献理论值： 下临界值为Re下=2000，上限临界值为Re上=4000 实验产生误差的主要原因：

1.实验中未调节红墨水流量。红墨水的注射速度应与主体流速相随，随水流

第四章 流动阻力和水头损失

一、复习思考题 二、习题

1、选择题 2、计算题

一、复习思考题

1．怎样判别粘性流体的两种液态——层流和紊流？

2．为何不能直接用临界流速作为判别液态（层流和紊流）的标准？ 3．常温下，水和空气在相同的直径的管道中以相同的速度流动，哪种流体易为紊流？

4．怎样理解层流和紊流切应力的产生和变化规律不同，而均匀流动方程式对两种液态都适用？

5．紊流的瞬时流速、时均流速、脉运流速、断面平均流速有何联系和区别？

6．何谓粘性底层？它对实际流动有何意义？

7．紊流不同阻力区（光滑区，过渡区，粗糙区）沿程摩擦阻力系数的影响因素何不同？

8．什么是当量粗糙？当量粗糙高度是怎样得到的？

9．比较圆管层流和紊流水力特点（切应力、流速分布、沿程水头损失、没种摩系数）的差异。

10．造成局部水头损失的主要原因是什么？

11．什么是边界层？提出边界层概念对水力学研究有何意义？ 12．何谓绕流阻力，怎样计算？

二、习题

1、选择题

4-1 水在垂直管内由上向下流动，测压管水头差h，两断面间沿程水头损失，则： （a）hf=h； （b）hf=h+l； （c）hf=l－h； （d）hf=l。

4-2 圆管流动过流断面上切应力分布为： （a）在

实验一 流体流动阻力测定

实验学时： 4 实验类型：综合性 实验要求：必修 一、实验目的

通过本实验的学习，使学生了解流动阻力损失的测定方法。

二、实验内容

1、测定水在不同流速下通过直管的阻力损失，标绘摩擦因数λ——雷诺数Re的关系曲线，并绘制出“公认”的关系曲线以作比较。

2、测定闸阀的局部阻力，确定该管件的阻力系数ζ。

三、实验原理、方法和手段

实际流体在管路系统中流动时会产生流动阻力。根据流动阻力产生的原因不同，分

为直管阻力和局部阻力。它们的计算依据为：

?Plu2??直管阻力损失： hf? ?gd2g?Pu2??局部阻力损失：hf? ?g2g

实验中分别测定流体在通过被测直管段和被测管件时的压降，流量计计量管路流量以确定流速，从而可算出相应条件下的摩擦因数和阻力系数。

四、实验组织运行要求

集中授课形式

五、实验条件

实验装置： 1、循环水箱 2、涡轮流量传感器 3、流量调节阀 4、离心泵 5、闸阀

1

6、压差计I 7、压差计II

被测直管段长为2m，管路管径为 长度为 0.2 m

3\3\4，闸阀直径为 4；闸阀两端的测压嘴之间的直管段

参数测量：参数测量 （1）流量测量

采用涡轮流量计测量流量。涡轮流量计由一次仪表涡轮流量