实验三：管路流体阻力的测定

实验三：管路流体阻力的测定

流体阻力测定实验是流体力学领域的重要实验之一，主要用于测定流体在管道中流动时遇到的摩擦阻力和局部阻力。通过该实验，可以深入了解流体流动特性，为工程设计和优化提供数据支持。本文将详细介绍该实验的目的、原理、装置、操作步骤以及数据处理方法。

实验目的

以实验方法直接测定摩擦系数和局部阻力系数。

实验原理

当不可压缩流体在圆形导管中流动时，在管路系统内任意两个截面之间列出机械能衡算方程为：

式中：

• Z——流体的位压头，m液柱；
• P——流体的压强，Pa；
• u——流体的平均流速；
• h——单位质量流体因流体阻力所造成的能量损失。

假设：

1. 水作为试验物系，那么水可视为不可压缩流体；
2. 试验导管是按水平装置的；
3. 试验导管的上下游截面上的横截面积相同;

可简化为：

由此可见，因阻力造成的能量损失可由管路系统的两截面之间的压力差来测定。

式中：

• d——圆形直管的管径，m；
• L——圆形直管的长度，m；
• λ——摩擦系数，（无因次）

摩擦系数与流体的密度和粘度、管径d、流速u和管壁粗糙度有关。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，λ与管壁粗糙度无关。当流体在直管中呈湍流时，λ与Re数、管壁相对粗糙度有关。

当流体流过管路系统时，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），有关系式：

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。

实验装置

实验要点

1. 先检查试验导管中旋塞、测压旋塞和试验入口调节阀开、闭情况。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；
3. 待流量稳定后，将转换阀组测量各管路阻力，即由压差计显示出压强降并记录，同时记录水温；
4. 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。

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。

实验记录与数据处理

1. 实验基本参数

• 试验导管:
• 内径d=17mm
• 测试段长度l=600mm
• 粗糙管的粗糙度=0.4mm
• 粗糙管的相对粗糙度=0.0235
• 孔板流量计的孔径=11mm
• 旋塞的孔径=12mm

2. 流量标定曲线

3. 数据整理