化工原理
实验
流体阻力
一、实验目的及任务
1,掌握测定 流体流动阻力 的一般实验方法,
通过实验了解流体流动中 能量损失 的变化
规律 。
2,测定直管摩擦阻力系数 λ及突然扩大局部
阻力系数 ξ。
3,验证在 流区内 λ 为雷诺数和管子相对粗
糙度的函数 。
4,将所得 光滑管 的 λ -Re方程与 Blasius方
程相比较 。
5,观察流体流过突然扩大管时 静压 的分布,
确定测定 局部阻力 的最佳测压口位置 。
二、基本原理
1,不可压缩流体 (如水 ),在圆形直管中作稳
定流动时,粘性和涡流 的影响产生摩擦阻力。
◆ 流体在流过突然扩大,弯头等管件时,由于
运动的速度和方向突然变化,产生 局部阻力,影
响阻力的因素较多。
◆ 通常采用 因次分析法,简化实验。
◆ 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,
? ??????,,,u,l,dfp
引入无因次数群
?
?
?
du
Re
相对粗糙
管子长径比
从而得到
d?
dl
???
?
???
? ?
?
???
?
?? d,
d
l,du
u 2
? ?
2
2u
dR e,
d
l ????
?
??
◆ 则可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关
系, 这种关系可用实验方法直接测定
2
2u
d
lpH
f ???
??
)d( R e,????令
? ?m
? ?m
式中,— 直管阻力
— 被测管长
d — 被测管内径
? ?KgJ
l
fH
u— 平均流速
— 摩擦阻力系数
? ?sm
?
◆ 当流体在圆管中流动时, 选两截面, 测其
间静压强差, 即两截面流动阻力 。 找出 静压
差 和 的关系式, 即可求出 。 改变流速得出
不同 Re数的, 即得出一相对粗糙度时 的
关系 。
?
??
Re??
◆ 在湍流区内 与 数及管子得相对粗糙度
有关, 即
? Re
)d(R e,f ???
对于光滑管，大量实验证明，当 数在
范围内,与 的关系遵循 Bjasius
关系式，即
Re
53 10103 ?? ?Re
250
31630
.Re
.??
对于粗糙管，与 的关系均以图来表示。? Re
2.局部阻力
2
2
u
fH ??
? ?KgJ
式中,称为局部阻力系数，它与所流过
的管件的几何形状及流体的 数有关，当
数大到一定值后则 与 数无关，成
为定值。
?
ReRe ?
Re
，
3.流体流过突然扩大管时能量的分布
演示
◆ 如图所示,流体流
过突然扩大管时，各
截面间 静压头不同,
随着流速增加这一现
象就更为明显 。
联 12页 联 13页
◆ 4点前,由左至右各点的静压头依次有轨律
的变小，它表示流体流过细管时的沿程阻力。
◆ 4至 5点,静压差突然变大，在 第五点 上静
压头最小，说明能量损失最大。
如上图
◆ 5至 11点,静压头依次增大，且每两点间的
压差逐渐增大。
◆ 到达 11点 时, 静压头达到最大, 出现转
折点, 由于管子由粗变细, 速度降低, 其
中一部分转化为 静压头, 一部分克服局部
阻力而 损失掉 了 。
◆ 11点 以后各点的静压头又成有规律的降
低, 它表示流体流过粗管时的 沿程阻力 。
如前图
◆ 通过上述演示表明, 我们可以选择 第四点
和 十一点 为扩大管两截面处的测压口, 以测
定扩大管的局部阻力系数 。
◆ 应指出，测压口开设在距管件一定距离的
管子上，这样测出的压头损失包括了 管件和直
管 两部分，因此计算时 应扣除直管部分 的压头
损失 。
◆ 本实验是测扩大管局部阻力系数, 两测压口
距离小, 与局部阻力相比可以忽略直管段的
压头损失 。 精
益
求
精
三、装置和流程
装置如下图所示
◆ 其中 NO.1管为 不锈钢管，作光滑
管用。 NO.2管为 铍锌钢管，作粗糙
管用,NO.3为突然扩大管，管子由
扩大到 。
mm.5332 ??
mm.5334 ??
mm.5348 ??
mm489 ??
装置
流
程
◆ 直管阻力的两侧压口间的管长为 4 。 1,2表
示 光滑管 的两侧压口,3,4表示 粗糙管 的两侧
压口,5,6表示 突然扩大管 的两侧压口 。 流量
计
m
的测压口分别以 7,8表示。
◆ 为了保证实验管道能被流体充满，实验流程
中安装了 ∏型管，采用 的钢管，上面
装有孔板流量计（孔板孔径为 孔流系
数 ）
mm.5360 ??
mm.6435
683100,C ?
联图
◆ 本实验的第五套和第六套设备的光滑管为
的黄铜管, 第五套光滑管两侧压口距
离为, 第六套为, 其它均为 。
mm.5328 ??
m2 m3 m4
◆ 本实验共有三套倒 U型压差计和一套正 U型压
差计, 前者用来测量 直管阻力和突然扩大管 局
部阻力, 后者用来测量 孔板流量计 压差 。
◆ 实验用水来自高位水槽，水槽内液面距离地
面 15米,槽内有 溢流口,流经实验装置的水，
经排水管入地下水池，再由循环水泵送入高位
水槽,循环使用 。
四,实验操作要点
1,高位水槽有水 溢流 时才能开始实验, 以
使系统保持 恒定的位压头 。
2,系统要 派净空气, 使液体连续流动 。
设备中和测压管线中的汽体都要排净, 检验
是否排净的方法是当流体静止时, 观察倒 U
型和正 U型压差计中两液面 是否水平 。
3.读数时, 注意稳定后 在读, 对于直管,
流量调节 由大到小, 测取 10组数据, 后再 由
小到大 测几组数据, 以检查数据的重性, 突
然扩大的局部阻力, 测取 3组数据 。
4,每测一根管的数据后，应将流量调节阀 7
关闭，观察压差计的 两液面是否水平,水平时
才能更换另一根管子，否则全部数据无效 。
五、报告要求
1.在双对数坐标上标绘出 曲线 。dRe ????
2.将光滑管的 关系与 Blasius公式进行
比较。
Re??
3.计算出局部阻力系数 ? 。
六、思考题
1.为什么高位水槽必须保持 有水益处时 才能作
实验？
2.在测量前为什么要将设备中的 空气排尽？怎
样才能迅速的排尽？
3.在 不同设备 上 （ 包括相对粗糙度相同的不
同管径 ）, 不同温度 下测定的 数据是否
关联在一条曲线上？
Re??
4.以水做工作流体所测得的 关系能否
适用于其它种牛顿流体？
Re??
5.测出的 直管摩擦阻力 与设备的 放置位置
有关系吗？为什么？（管径，管长均一样,
且 ）
321 RRR ??
6.如果要增长 雷诺数 的范围，应采取那些
措施？
完
制作人,周 坤 杨小伟
牛娅丽 贾海峰
指导教师,梁英华 李国江
实验
流体阻力
一、实验目的及任务
1,掌握测定 流体流动阻力 的一般实验方法,
通过实验了解流体流动中 能量损失 的变化
规律 。
2,测定直管摩擦阻力系数 λ及突然扩大局部
阻力系数 ξ。
3,验证在 流区内 λ 为雷诺数和管子相对粗
糙度的函数 。
4,将所得 光滑管 的 λ -Re方程与 Blasius方
程相比较 。
5,观察流体流过突然扩大管时 静压 的分布,
确定测定 局部阻力 的最佳测压口位置 。
二、基本原理
1,不可压缩流体 (如水 ),在圆形直管中作稳
定流动时,粘性和涡流 的影响产生摩擦阻力。
◆ 流体在流过突然扩大,弯头等管件时,由于
运动的速度和方向突然变化,产生 局部阻力,影
响阻力的因素较多。
◆ 通常采用 因次分析法,简化实验。
◆ 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,
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引入无因次数群
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相对粗糙
管子长径比
从而得到
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◆ 则可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关
系, 这种关系可用实验方法直接测定
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式中,— 直管阻力
— 被测管长
d — 被测管内径
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u— 平均流速
— 摩擦阻力系数
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◆ 当流体在圆管中流动时, 选两截面, 测其
间静压强差, 即两截面流动阻力 。 找出 静压
差 和 的关系式, 即可求出 。 改变流速得出
不同 Re数的, 即得出一相对粗糙度时 的
关系 。
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◆ 在湍流区内 与 数及管子得相对粗糙度
有关, 即
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范围内,与 的关系遵循 Bjasius
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数大到一定值后则 与 数无关，成
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3.流体流过突然扩大管时能量的分布
演示
◆ 如图所示,流体流
过突然扩大管时，各
截面间 静压头不同,
随着流速增加这一现
象就更为明显 。
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◆ 4点前,由左至右各点的静压头依次有轨律
的变小，它表示流体流过细管时的沿程阻力。
◆ 4至 5点,静压差突然变大，在 第五点 上静
压头最小，说明能量损失最大。
如上图
◆ 5至 11点,静压头依次增大，且每两点间的
压差逐渐增大。
◆ 到达 11点 时, 静压头达到最大, 出现转
折点, 由于管子由粗变细, 速度降低, 其
中一部分转化为 静压头, 一部分克服局部
阻力而 损失掉 了 。
◆ 11点 以后各点的静压头又成有规律的降
低, 它表示流体流过粗管时的 沿程阻力 。
如前图
◆ 通过上述演示表明, 我们可以选择 第四点
和 十一点 为扩大管两截面处的测压口, 以测
定扩大管的局部阻力系数 。
◆ 应指出，测压口开设在距管件一定距离的
管子上，这样测出的压头损失包括了 管件和直
管 两部分，因此计算时 应扣除直管部分 的压头
损失 。
◆ 本实验是测扩大管局部阻力系数, 两测压口
距离小, 与局部阻力相比可以忽略直管段的
压头损失 。 精
益
求
精
三、装置和流程
装置如下图所示
◆ 其中 NO.1管为 不锈钢管，作光滑
管用。 NO.2管为 铍锌钢管，作粗糙
管用,NO.3为突然扩大管，管子由
扩大到 。
mm.5332 ??
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装置
流
程
◆ 直管阻力的两侧压口间的管长为 4 。 1,2表
示 光滑管 的两侧压口,3,4表示 粗糙管 的两侧
压口,5,6表示 突然扩大管 的两侧压口 。 流量
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的测压口分别以 7,8表示。
◆ 为了保证实验管道能被流体充满，实验流程
中安装了 ∏型管，采用 的钢管，上面
装有孔板流量计（孔板孔径为 孔流系
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mm.6435
683100,C ?
联图
◆ 本实验的第五套和第六套设备的光滑管为
的黄铜管, 第五套光滑管两侧压口距
离为, 第六套为, 其它均为 。
mm.5328 ??
m2 m3 m4
◆ 本实验共有三套倒 U型压差计和一套正 U型压
差计, 前者用来测量 直管阻力和突然扩大管 局
部阻力, 后者用来测量 孔板流量计 压差 。
◆ 实验用水来自高位水槽，水槽内液面距离地
面 15米,槽内有 溢流口,流经实验装置的水，
经排水管入地下水池，再由循环水泵送入高位
水槽,循环使用 。
四,实验操作要点
1,高位水槽有水 溢流 时才能开始实验, 以
使系统保持 恒定的位压头 。
2,系统要 派净空气, 使液体连续流动 。
设备中和测压管线中的汽体都要排净, 检验
是否排净的方法是当流体静止时, 观察倒 U
型和正 U型压差计中两液面 是否水平 。
3.读数时, 注意稳定后 在读, 对于直管,
流量调节 由大到小, 测取 10组数据, 后再 由
小到大 测几组数据, 以检查数据的重性, 突
然扩大的局部阻力, 测取 3组数据 。
4,每测一根管的数据后，应将流量调节阀 7
关闭，观察压差计的 两液面是否水平,水平时
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五、报告要求
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2.将光滑管的 关系与 Blasius公式进行
比较。
Re??
3.计算出局部阻力系数 ? 。
六、思考题
1.为什么高位水槽必须保持 有水益处时 才能作
实验？
2.在测量前为什么要将设备中的 空气排尽？怎
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3.在 不同设备 上 （ 包括相对粗糙度相同的不
同管径 ）, 不同温度 下测定的 数据是否
关联在一条曲线上？
Re??
4.以水做工作流体所测得的 关系能否
适用于其它种牛顿流体？
Re??
5.测出的 直管摩擦阻力 与设备的 放置位置
有关系吗？为什么？（管径，管长均一样,
且 ）
321 RRR ??
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措施？
完
制作人,周 坤 杨小伟
牛娅丽 贾海峰
指导教师,梁英华 李国江
