摩擦系数和局部阻力系数的测定课件资料.docx
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摩擦系数和局部阻力系数的测定课件资料
汕头大学实验报告
学院:
工学院系:
机电系年级:
14机电姓名:
莫智斌学号:
2014124066组:
￥
实验四、摩擦系数和局部阻力系数的测定
实验小组成员：
#####费玉洁，薛栋栋等五人计算：
##莫智斌校核：
#
实验时间2016年5月5日晚上8时
1、实验目的和要求
摩擦系数和局部阻力系数是管道系统设计中用以计算能量损耗的重要参数，它的数值大小，遵循着一定的规律，实验的目的是通过测定，了解和掌握这些系数的规律。
2、主要仪器设备
伯努利实验仪
设备流程图
3、实验步骤
1．泵启动：
首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀，打开总电源和仪表开
关，启动水泵，待电机转动平稳后，注意观察水箱水位是否稳定。
2.静水压强：
在水箱水位稳定、管路出口阀关闭的情况下，记录零流速水
位于表4。
3．流量调节：
开启管路出口阀，调节流量，让流量从1到3m3/h范围内变
化。
每次改变流量，待流动达到稳定后，在表4记下对应测点的压差值。
4．实验结束：
关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。
4、实验数据记录
表4阻力测定记录表格
实验日期：
实验者莫智斌等六人设备号：
ZB-3型第2号
1、2号测头距离0.25米；3、4号测头距离0.5米；
规格：
大管内径：
21.2mm，
水温：
24.5C，零流速水位：
582.1mm，左小管内径12.9mm，右小管内径：
13.4mm
序号
各测头水位（mm）
流量
流量
l/s
1
2
3
4
5
6
体积/ml
时间/s
零流速
580
582.5
582.5
582.5
581.5
581.5
#
#
#
1
578.5
574.5
575
574.5
573
566
1640
70
0.234
2
558
548.5
551
550
544
516
1740
36.7
0.473
3
539
523
527.5
526
513
469.5
1690
26.20
0.643
4
517
494.5
501
499.5
478
415
1430
18.85
0.759
5
523
505
512.5
510
492
436
1565
22.55
0.069
6
482.5
450.5
466.5
456
425
328
1940
19.455
0.997
5、实验数据计算的结果分析
a.摩擦系数的测定：
图10是摩擦系数λ的实验测定方法图。
根据阻力计算式和柏努利方程可得λ的计算式如下：
计算过程：
表5数据计算结果
序号
1、2号测头（左小管的测定）
3、4号测头（大管的测定）
Re
（实例）
λ（理论）
Re
λ（实例）
（理论）
2
5211
0.0731
0.0372
3170
0.0461
0.0422
3
7091
0.0665
0.0345
4315
0.0374
0.0390
4
8344
0.0675
0.0331
5081
0.0269
0.0375
小管的误差相对较大，可能是由于流量太小，或者实验装置老化引发，λ理论值与实验值恒定偏差0.03；
b.突然扩大局部阻力系数测定：
图12突然扩大的沿程压强分布情况
1--中心线
2--总压线
3--管壁静压线4--实际管道
至于小管上的测压点，可以尽量靠近突然扩大面，若因结构具体情况，离开了一定距离，则应注意扣除这一段上小管的沿程阻力损失（即图12中△r）△r可由下式计出：
△r=△Rl1/l（2-11）
但是，大管一侧，由于流速低，摩擦阻失小，因此这段距离（6D）中的
沿程阻力可以忽略。
最后得实际测定式为：
ξ=12.103×10-9（d4）（RB-RA-△r）/Vs2+1-（d/D）4
计算过程：
表6突然扩大阻力系数测定结果（附至少一组数据处理过程）
序号
△R（mm）
RB（mm）
RA（mm）
Vs（m/
s）
ξ
ξ理论
1
4
575
574.5
0.234
0.17
0.4
2
9.5
551
548.5
0474.
0.66
0.4
3
16
527.5
523
0.065
0.70
0.4
4
22.5
501
494.5
0.076
0.71
0.4
5
18
512.5
505
0.0694
0.87
0.4
6
32
466.5
450.5
0.0997
0.96
0.4
结论：
去除第一组的偏离值之后可以得到阻力系数的平均值为：
0.78，与标准值相差3.8，原因可能是是：
实验装置、如管道老化以人为及实验操作不正规！
c、突然缩小局部阻力系数测定：
BCA
图13突然缩小的压强分布情况
我们从图13可以看出，突然缩小阻力系数测量与突然扩大情况相仿，下游测压点同样不能紧靠突然缩小面。
对于突然缩小，还连上游测点也不能紧靠，同样小管的沿程摩阻△r也要扣除。
测定公式如下：
改换单位，并扣除小管沿程阻失，得测定式如下：
式中：
△R由于小管管径与1，2测头部位的左小管相差不太，可粗略地取用该管同一流量下的数值；RB一大管水位示值，RA——小管水位示值，d为右小管直径，其他单位与（2-12）式相同。
计算过程：
▲表7突然缩小数据计算结果（附至少一组数据处理过程）
序号
△R（mm）（见表5）
RB（mm）
RA（mm）
Vs（L/s）
ξ
1
4
574.5
573
0.234
-0.93
L’=102
2
9.5
550
544
0474.
-0.47
L=250
3
16
526
513
0.065
-0.23
4
22.5
499.5
478
0.076
-0.007
5
18
510
492
0.0694
0.023
6
32
456
425
0.0997
-0.136
算出的实验值与理论值相比，误差相对较大，误差分析：
主观：
读数不精确，操作失误；客观：
实验仪器不精准，实验管道轻微漏水。
ξ理论值：
0.34
d.弯头阻力系数的测定：
本装置中5、6号测头之间相当于两个30o的弯头，查资料知45o的标准弯头ξ=0.35，因此可以推算出30o弯头的ξ值应比0.35小。
5、6号测头位置有高低，但水位示值刚好抵消，公式推导如下：
R5、R6用毫米，Vs用升/秒，d（内径）用mm为单位时，两个弯头合计阻力系数。
ξ=12.103×10-9d4（R5-R6）/Vs2（2-16）
将表4的5、6号测头数据计算后列表于表8中
计算过程：
表8弯头阻力系数计算结果（d=13.4mm）
序号
流量（Vs）（升/秒）
R5（mm）
R6（mm）
ξ
单个弯头
ξ
1
0.234
573
566
4.99
2.49
2
0474.
544
516
4.86
2.43
3
0.065
513
469.5
4.08
2.04
4
0.076
478
415
4.26
2.13
5
0.0694
492
436
4.54
2.27
6
0.0997
425
328
3.81
1.90
实验结论：
单个弯头的阻力系数平均值为2.2115<3.5,实验所得结果相对较合理！
6、实验注意事项
1、实验过程中一定要保持水箱的水高度不能低于水管出口的高度既是让水流处于溢流状态。
2、实验操作过程中，为保实验精确性，要等到测流管中水柱完全稳定才能开始实验和记录数据。
3、实验要进行两次，而且每个临界点要做两次调整和数据记录。
4、不能有气泡，而且不能抖动实验装置；
7、个人实验总结与启发
经过摩擦系数和局部摩擦系数的测定实验，计算数据之后，我感受到了流体力学实验的困难，个别系数的误差达到百分之两百，所以看做隔离值处理。
产生巨大的实验误差原因可能有：
a.实验设施老旧，得出摩擦系数和局部阻力系数与理论不符；b.实验操作不正规，水柱还没稳定就读数了；c.管子有轻微的漏水，导致压力损失。
所以，在我们实验的过程中，一定要先做好实验预习，还有认真操作每一个实验步骤，采取重复实验的方法来减少误差。
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