实验3流体阻力系数测定.docx

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1、实验三：流体流动阻力的测定一、实验目的1.掌握流体流经直管和管阀件时阻力损失的测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。2.测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，将所得的λ—Re的方程与公认经验关系比较。3.测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数ξ。4.学会倒U形压差计和涡轮流量计的使用方法。5.观察组成管路的各种管件、阀件，并了解其作用。二、实验原理流体在管道内流动时，由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力。流体在直管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关，它们之间存在如下关系。 （1-1） （1-2）　 （1-

2、3）式中：    d——管径，m;    △Pf——直管阻力引起的压强降，Pa；    u——流速，m/s；    ρ——流体的密度，kg/m3；    μ——流体的粘度，N·s/m2。直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。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△Pf、与流速u（流量V）之间的关系。根据实验数据和式（1-2）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ；用式（1-3）计算对应的Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关

3、系，绘出λ与Re的关系曲线。三、实验设备及参数设备参数:光滑管：玻璃管，管内径=20mm，管长=1.5m，绝对粗糙度=0.002mm粗糙管：镀锌铁管，管内径=20mm，管长=1.5m，绝对粗糙度=0.2mm突然扩大管：细管内径=20mm，粗管内径=40mm孔板流量计：开孔直径=12mm，孔流系数=0.62四、实验步骤：1.开泵因为离心泵的安装高度比水的液面低，因此不需要灌泵。直接点击电源开关的绿色按钮接通电源，就可以启动离心泵，开始实验。2.调节倒U压差计将管道中所有阀门都打开，使水在3个管路中流动一段时间，直到排尽管道中的空气，然后点击倒U型管

4、，会出现一段调节倒U型管的动画。最后关闭各阀门，开始实验操作。3.测光滑管数据（1）建立流动启动离心泵并调节完倒U型压差计后，如图所示，依次点击打开球阀1、球阀2、球阀3，调节流量调节阀到开度大于零即可建立流动。关闭粗糙管和突然扩大管的球阀，打开光滑管的球阀，使水只在光滑管中流动。（2）读取数据鼠标左键点击正或倒U型压差计，即可看到如图的画面（红色液面只是作指示用，真实装置可能为其他颜色，如水银为银白色）。倒U型压差计的取压口与管道上的取压口相连，正U型压差计的取压口与孔板的取压口相连。用鼠标上下拖动滚动条即可读数。实验中每一管路均有一倒U型管，

5、连续点击图中的倒U型管即可在3个倒U型管中切换。倒U型管上方的数字标出了与该管相连的管路。(3)记录数据鼠标左键点击实验主画面左边菜单中的“数据处理”，可调出数据处理窗口，点击原始数据页，按标准数据库操作方法在正U型压差计和倒U型压差计两栏中分别填入从正U型压差计和倒U型压差计所读取的数据。 (4)记录多组数据调节阀门开度以改变流量，重复上述第2——3步，为了实验精度和回归曲线的需要至少应测量10组数据以上。完成光滑管数据的测量和记录后，依次建立粗糙管的流动和扩大管流动。与测量光滑管的数据操作步骤相同，重复测量光滑管数据步骤的第2——4步，为了实

6、验精度和回归曲线的需要至少应测量10组数据以上。五、实验数据及处理六、注意事项（1）为了接近理想的光滑管，我们选用了玻璃管，实际上在普通实验室中很少采用玻璃管。（2）为了更好的回归处理数据，请尽量多的测量数据，并且尽量使数据分布在整个流量范围内。（3）在层流范围内，用阀门按钮调节很难控制精度，请在阀门开度栏内自己输入开度数值（阀门开度小于5）。（4）对于突然扩大管，我们做了简化，认为阻力系数是定值，不随Re变化。七、思考题（1）在测量前为什么要将设备中的空气排净？怎样才能迅速地排答：设备中要是还有空气未排净将使设备中液体不能连续地流动，势必影响实

7、验结果。在接通水泵电源以后，再打开流量调节阀门，使之大流量输出便可迅速有效地排净设备中的空气。（2）测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗？为什么？答：有关系。由hf=（P1/ρ+z1g）-(P2/ρ+z2g)=△P/ρ可知，阻力损失均主要表现为流体势能的降低，即△P/ρ，只有当管道水平放置时，才能用△P代替△P。当不是水平管时△P还包含了高度差所产生的势能差，所以如果不是水平管，则所求的摩擦阻力值要比实际的摩擦阻力要大。（3）如果要增加雷诺数的范围，可采取哪些措施？答：可以同时增大管径和管内水的流量，或者用密度大、黏度小的液体进行试验。