成都理工化工原理实验一管路流体阻力测定.docx
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成都理工化工原理实验一管路流体阻力测定
本科生实验报告
实验课程
学院名称
专业名称
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学生学号
指导教师
实验地点
实验成绩
二〇年月二〇年月
填写说明
1、适用于本科生所有的实验报告（印制实验报告册除外）；
2、专业填写为专业全称，有专业方向的用小括号标明；
3、格式要求：
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标准）；页码用小五号字底端居中。
3具体要求：
题目（二号黑体居中）；
摘要（“摘要”二字用小二号黑体居中，隔行书写摘要的文字部分，小4号宋体）；
关键词（隔行顶格书写“关键词”三字，提炼3-5个关键词，用分号隔开，小4号黑体）；
正文部分采用三级标题；
第1章××（小二号黑体居中，段前0.5行）
1.1×××××小三号黑体×××××（段前、段后0.5行）
1.1.1小四号黑体（段前、段后0.5行）
参考文献（黑体小二号居中，段前0.5行），参考文献用五号宋体，参照《参考文献著录规则（GB/T7714－2005）》。
实验一管路流体阻力的测定
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
或
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-1
h；—一单位质量流体因流体阻力所造成的能量损失，J·kg-1
Hf—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
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：
或
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
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：
或
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的入口调节阀。
当水流满整个试验导管，并在高位排气水槽中有溢流水排出时，关闭调节阀，停泵。
（2）检查循环水槽中的水位，一般需要再补充些水，防止水面低于泵吸入口。
（3）逐一检查并排除试验导管和联接管线中可能存在的空气泡。
排除空气泡的方法是，先将转换阀组中被检一组测压口旋塞打开，然后打开倒置U形水柱压差计顶部的放空阀，直至排尽空气泡再关闭放空阀。
必要时可在流体流动状态下，按上述方法排除空气泡。
（4）调节倒置U形压差计的水柱高度。
先将转换阀组上的旋塞全部关闭，然后打开压差计顶部放空阀，再缓慢开启转换阀组中的放空阀，这时压差计中液面徐徐下降。
当压差计中的水柱高度居于标尺中间部位时，关闭转换阀组中的放空阀。
为了便于观察，在临实验前，可由压差计项部的放空处，滴入几滴红墨水，将压差计水柱染红。
（5）在高位排气水槽中悬挂一支温度计，用以测量水的温度。
（6）实验前需对孔板流量计进行标定，作出流量标定曲线。
实验测定时，按如下步骤进行操作：
（1）先检查试验导管中旋塞是否置于全开位置，其余测压旋塞和试验系统入口调节阀是否全部关闭。
检查毕启动循环水泵。
（2）待泵运转正常后，根据需要缓慢开启调节阀调节流量，流量大小由孔板流量计的压差计显示。
（3）待流量稳定后，将转换阀组中，与需要测定管路相连的一组旋塞置于全开位置，这时测压口与倒置U形水柱压差计接通，即可记录由压差计显示出压强降。
（4）当需改换测试部位时，只需将转换阀组由一组旋塞切换为另一组旋塞。
例如，将G1和D1一组旋塞关闭，打开另一组G2和D2旋塞。
这时，压差计与G1和D1测压口断开，而与G2和D2测压口接通，压差计显示读数即为第二支测试管的压强降。
以此类推。
（5）改变流量，重复上述操作，测得各试验导管中不同流速下的压强降。
（6）当测定旋塞在同一流量不同开度的流体阻力时，由于旋塞开度变小，流量必然会随之下降，为了保持流量不变，需将入口调节阀作相应调节。
（7）每测定一组流量与压强降数据，同时记录水的温度。
实验注意事项：
（1）实验前务必将系统内存留的气泡排除干净，否则实验不能达到预期效果。
（2）若实验装置放置不用时，尤其是冬季，应将管路系统和水槽内水排放干净。
五、实验数据记录及整理
（1）实验基本参数
试验导管的内径d＝mm试验导管的测试段长度l＝mm
粗糙管的粗糙度ε=mm粗糙管的相对粗糙度ε/d=
孔板流量计的孔径d0=mm旋塞的孔径dv=mm
（2）流量标定曲线
（3）实验数据
实验序号
1
2
3
4
5
6
7
孔板流量计的压差计读数,R/mmHg
水流量的计算（以序号1为例）
实验序号
1
2
3
4
5
6
7
孔板流量计的压差计读数,R/mmHg
水的流量,Vs/m3s-1
水的流速,u/ms-1
水的温度,T/℃
水的密度,ρ/kg•m-3
水的粘度,10－4μ/Pa•s
光滑管压头损失,Hf1/mmH2O
粗糙管压头损失,Hf2/mmH2O
旋塞压头损失（全开）Hf1’/mmH2O
孔板流量计压头损失,Hf2’/mmH2O
计算和（以序号1为例）
（1）光滑管
（2）粗糙管
（3）孔板流量计
（4）旋塞
（4）数据整理
实验序号
1
2
3
4
5
6
7
水的流速,u/ms-1
雷诺准数,Re/
光滑管摩擦系数,λ1/-
粗糙管摩擦系数,λ2/-
孔板流量计局部阻系数,
旋塞的局部阻力系数
（5）标绘Re－λ实验曲线
18700
0.036
17100
0.041
16100
0.039
15200
0.037
13500
0.04
11900
0.041
10000
0.047
学生实验心得
学生（签名）：
年月日
指导
教师
评语
成绩评定：
指导教师（签名）：
年月日
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