管路沿程阻力测定
一、实验目的
1、掌握流体流经管道时沿程阻力损失的测定方法;
2、测定流体流过直管时的摩擦阻力，确定摩擦系数λ与Re 的关系； 3, 、测定流体经过管件时的局部阻力，并求出阻力系数ζ； 4、学会压差计和流量计的使用。
二、实验原理
流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，会引起压强的损耗。这种损耗包括流体流经直管的沿程阻力以及流体流动方向的改变或因管子的大小，形状的改变所引起的局部阻力。
1.沿程阻力
流体在水平均匀管道中稳定流动时，由截面1到截面2，阻力损失表现为压强降低：
hf =∆p /ρ=λ∙l /d ∙(u ∧2) /2
流体在水平均匀管道中稳定流动时，阻力损失表现为压强降低。湍流流动时，影响阻力因素十分复杂，目前不能完全用理论的方法求解，必须通过研究规律。为减少实验工作量，扩大试验结果的应用范围，可采用因次分析法将各个变量综合成准数关系式。
影响阻力损失的因素有：
1）流体性质：密度ρ，粘度μ；
2）管路的几何尺寸：管径d ，管长l ，管壁粗糙度ε； 3）流动条件：流速u 。
有变量关系进行组合，得到无因次式，引入： λ=ϕ(Re,ε/d ) 得到公式：
hf =∆p /ρ=λ⋅l /d ⋅(u ∧2) /2
上式中λ为直管摩擦系数，滞流时，λ=64/R ；湍流时，λ与Re 的关系受管壁粗糙度的影响，许实验测得。
根据伯努利方程可知，流体通过直管的严程阻力损失，课直接测量液柱压差计的读数R (m)算出: ∆p =R (ρ指-ρ水) g
其中：ρ指—压差计中指示剂的密度（kg.m -3）。本实验以水银作为指示剂，另一流体为水。
2. 局部阻力
局部阻力通常有两种表示方法：当量长度法和阻力系数法。 1）当量长度法：
流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相同管径的若干米长度的直管阻力损失，这直管长度称为当量长度，用符号le 表示。这样，就可以用直管阻力公式来计算局部阻力损失。而且在管路计算时，
可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，如管路直管长度为l ，各种局部阻力的当量长度值和为∑l e ，则流体在管路中流动时总阻力损失∑h f 为：
∑h f =λ⋅(l +∑l e )/d ⋅(u ∧2) /2
2）阻力系数法：
流体流过某一管件或阀门的阻力损失用流体在管路中的动能系数h p 表示：
h p =ζ⋅(u ∧2) /2 式中：ζ—局部阻力系数，无因次；
u—在小截面管中流体的平均流速（m/s）。
由于管件两侧距测压孔间的直管长度很短，引起的摩擦阻力与局部阻力相比，可以忽略不计，因次h f 的值可以应用伯努利方程有液柱压差计读数R 求出。U 可以由涡轮流量计及MMD 智能流量仪算出：
u =V s /(π/4⋅d ⋅d ) （m/s）
式中：V S —平均流量（m 3/s）
三、实验装置与流程
1. 本实验装置及设备主要参数
被测原件：镀锌水管，管长2.0m, 管径0.021m ，闸阀D=¾
1) 测量仪表，U 形压差计（水银），LW-15型涡轮流量计（精度0.5级，量程
0.4~4.0㎡/h，仪器编号Ⅰ的仪表常数为599.41次/升,MMD 智能流量仪） 2) 循环水泵 3) 循环水箱
4) DZ15-40型自动开关 5) 数显温度表
2. 流程：
[]
流体流动阻力损失实验流程图
1）水箱 2）控制阀 3）放空阀 4）U 形压差计 5）平衡阀 6）放空阀 7）排液阀 8）数显温度表 9）泵 10）涡轮流量计 11）取压计 12）U 形压差计 13）闸阀 14）取压孔
四、实验操作步骤及注意事项 1. 水箱充水至80%。
2. 仪表调整（涡轮流量计，MMD 智能流量仪按说明书调节）。 3. 打开压差计上平衡阀，关闭各气阀。
4. 启动循环水阀（首先检查泵轴是否转动，全开阀13，全关阀2，后启动）。 5. 排气：（1）管路排气；（2）测压管排气；（3）关闭平衡阀，缓慢旋动压差计上放气阀排除压差计中的气泡（注意：先排压进管后排出管，以防压差计中水银被冲走），排气完毕。 6. 读取压差计零位读数。
7. 开启调节阀至最大，确定流量范围，确定试验点（8~10个），测定直管部分阻力和局部阻力（闸阀全开时）。
8. 测定读数：改变管道中的流量读出一系列流量V s ，压差Δp 1（或Δp 2）。 注意：每改变一次流量后，必须等流动稳定后，才能保证测定数据的准确。 9. 实验装置恢复原状，打开压差计上的平衡阀，并清理试验场地。
五、实验数据记录
实验装置号：Ⅰ号装置， 被测管长：2.0m ， 被测管径：0.021m 被测管件： 仪表常数：599.41次/升， 水温：24.8℃
六、实验数据处理
数据处理结果如表所示，以序号1为例写出计算过程。
以序号1为例写出计算过程：
V s =658÷599.41÷1000=1.098m3/s U=Vs /A=1.098÷(3.14÷4×0.021×0.021)=3.171m/s Re=duρ/μ=0.021×3.171×998.2÷(1.005×10-3)=6.614×104 R 1 =50.4-18.9=31.5cmHg R 2=32.4-23.9=8.5cmHg
∆p 1=R1 (ρ指-ρ水)g=3.894×104Pa ∆p 2=R2 (ρ指-ρ水)g=1.051×104Pa
λ=2∆p 1.d/(ρ×l ×u 2)=0.081
ζ=2∆p 2.d/(ρ×l ×u 2)=2.094
七、实验结果及讨论
1. 用双对数坐标纸关联一定ε/d下，λ和R e 的关系，并用实验结果估算一工程
问题的阻力损失。
一定ε/d下，λ和Re 的关系见上图。以λ=0.084为例，
∑h =h +h
f
f
ρ
=λ⋅l /d ⋅u ⋅u /2+ζ⋅u ⋅u /2
=0.084×2÷0.021×1.957×1.957÷2+2.264×1.957×1.957÷2 =19.65J/kg。
2. 根据所得到的λ和R e 的关系，验证柏拉修斯公式。
答：柏拉修斯公式：λ=0.3164/Reo.25。当Re=19610时，λ=0.0267； 即在此条件下柏拉修斯公式不成立。
3. 为什么测定数据前首先要赶尽设备和测压管之间的空气？怎样赶走？
答：因为如果设备或测压管中留有空气，则会影响U 形管，引起U 形管读书产生误差。
慢慢旋转平衡阀排除气泡。
4. 在进行测试系统的排气工作时，是否要关闭系统的出口阀？为什么？
答：要关闭系统的出口阀，只有这样才能通过U 形压差计的液面是否变化判断系统的排气是否完全。
5.U 形压差计上装设平衡阀有何作用？什么时候开着？什么时候关闭？ 答：平衡U 形压差计中两边的气压；
实验开始之前关闭，启动离心泵之前打开，测压管排气完毕之后关闭，当实验结束时再打开。
6. 为什么本实验数据须在双对数坐标纸上进行测绘？
答：因为变量λ和Re 的最大值最小值相差很大，采用双对数坐标可以使图形不失真，更好反映λ和Re 两者之间的的关系。
管路沿程阻力测定
一、实验目的
1、掌握流体流经管道时沿程阻力损失的测定方法;
2、测定流体流过直管时的摩擦阻力，确定摩擦系数λ与Re 的关系； 3, 、测定流体经过管件时的局部阻力，并求出阻力系数ζ； 4、学会压差计和流量计的使用。
二、实验原理
流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，会引起压强的损耗。这种损耗包括流体流经直管的沿程阻力以及流体流动方向的改变或因管子的大小，形状的改变所引起的局部阻力。
1.沿程阻力
流体在水平均匀管道中稳定流动时，由截面1到截面2，阻力损失表现为压强降低：
hf =∆p /ρ=λ∙l /d ∙(u ∧2) /2
流体在水平均匀管道中稳定流动时，阻力损失表现为压强降低。湍流流动时，影响阻力因素十分复杂，目前不能完全用理论的方法求解，必须通过研究规律。为减少实验工作量，扩大试验结果的应用范围，可采用因次分析法将各个变量综合成准数关系式。
影响阻力损失的因素有：
1）流体性质：密度ρ，粘度μ；
2）管路的几何尺寸：管径d ，管长l ，管壁粗糙度ε； 3）流动条件：流速u 。
有变量关系进行组合，得到无因次式，引入： λ=ϕ(Re,ε/d ) 得到公式：
hf =∆p /ρ=λ⋅l /d ⋅(u ∧2) /2
上式中λ为直管摩擦系数，滞流时，λ=64/R ；湍流时，λ与Re 的关系受管壁粗糙度的影响，许实验测得。
根据伯努利方程可知，流体通过直管的严程阻力损失，课直接测量液柱压差计的读数R (m)算出: ∆p =R (ρ指-ρ水) g
其中：ρ指—压差计中指示剂的密度（kg.m -3）。本实验以水银作为指示剂，另一流体为水。
2. 局部阻力
局部阻力通常有两种表示方法：当量长度法和阻力系数法。 1）当量长度法：
流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相同管径的若干米长度的直管阻力损失，这直管长度称为当量长度，用符号le 表示。这样，就可以用直管阻力公式来计算局部阻力损失。而且在管路计算时，
可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，如管路直管长度为l ，各种局部阻力的当量长度值和为∑l e ，则流体在管路中流动时总阻力损失∑h f 为：
∑h f =λ⋅(l +∑l e )/d ⋅(u ∧2) /2
2）阻力系数法：
流体流过某一管件或阀门的阻力损失用流体在管路中的动能系数h p 表示：
h p =ζ⋅(u ∧2) /2 式中：ζ—局部阻力系数，无因次；
u—在小截面管中流体的平均流速（m/s）。
由于管件两侧距测压孔间的直管长度很短，引起的摩擦阻力与局部阻力相比，可以忽略不计，因次h f 的值可以应用伯努利方程有液柱压差计读数R 求出。U 可以由涡轮流量计及MMD 智能流量仪算出：
u =V s /(π/4⋅d ⋅d ) （m/s）
式中：V S —平均流量（m 3/s）
三、实验装置与流程
1. 本实验装置及设备主要参数
被测原件：镀锌水管，管长2.0m, 管径0.021m ，闸阀D=¾
1) 测量仪表，U 形压差计（水银），LW-15型涡轮流量计（精度0.5级，量程
0.4~4.0㎡/h，仪器编号Ⅰ的仪表常数为599.41次/升,MMD 智能流量仪） 2) 循环水泵 3) 循环水箱
4) DZ15-40型自动开关 5) 数显温度表
2. 流程：
[]
流体流动阻力损失实验流程图
1）水箱 2）控制阀 3）放空阀 4）U 形压差计 5）平衡阀 6）放空阀 7）排液阀 8）数显温度表 9）泵 10）涡轮流量计 11）取压计 12）U 形压差计 13）闸阀 14）取压孔
四、实验操作步骤及注意事项 1. 水箱充水至80%。
2. 仪表调整（涡轮流量计，MMD 智能流量仪按说明书调节）。 3. 打开压差计上平衡阀，关闭各气阀。
4. 启动循环水阀（首先检查泵轴是否转动，全开阀13，全关阀2，后启动）。 5. 排气：（1）管路排气；（2）测压管排气；（3）关闭平衡阀，缓慢旋动压差计上放气阀排除压差计中的气泡（注意：先排压进管后排出管，以防压差计中水银被冲走），排气完毕。 6. 读取压差计零位读数。
7. 开启调节阀至最大，确定流量范围，确定试验点（8~10个），测定直管部分阻力和局部阻力（闸阀全开时）。
8. 测定读数：改变管道中的流量读出一系列流量V s ，压差Δp 1（或Δp 2）。 注意：每改变一次流量后，必须等流动稳定后，才能保证测定数据的准确。 9. 实验装置恢复原状，打开压差计上的平衡阀，并清理试验场地。
五、实验数据记录
实验装置号：Ⅰ号装置， 被测管长：2.0m ， 被测管径：0.021m 被测管件： 仪表常数：599.41次/升， 水温：24.8℃
六、实验数据处理
数据处理结果如表所示，以序号1为例写出计算过程。
以序号1为例写出计算过程：
V s =658÷599.41÷1000=1.098m3/s U=Vs /A=1.098÷(3.14÷4×0.021×0.021)=3.171m/s Re=duρ/μ=0.021×3.171×998.2÷(1.005×10-3)=6.614×104 R 1 =50.4-18.9=31.5cmHg R 2=32.4-23.9=8.5cmHg
∆p 1=R1 (ρ指-ρ水)g=3.894×104Pa ∆p 2=R2 (ρ指-ρ水)g=1.051×104Pa
λ=2∆p 1.d/(ρ×l ×u 2)=0.081
ζ=2∆p 2.d/(ρ×l ×u 2)=2.094
七、实验结果及讨论
1. 用双对数坐标纸关联一定ε/d下，λ和R e 的关系，并用实验结果估算一工程
问题的阻力损失。
一定ε/d下，λ和Re 的关系见上图。以λ=0.084为例，
∑h =h +h
f
f
ρ
=λ⋅l /d ⋅u ⋅u /2+ζ⋅u ⋅u /2
=0.084×2÷0.021×1.957×1.957÷2+2.264×1.957×1.957÷2 =19.65J/kg。
2. 根据所得到的λ和R e 的关系，验证柏拉修斯公式。
答：柏拉修斯公式：λ=0.3164/Reo.25。当Re=19610时，λ=0.0267； 即在此条件下柏拉修斯公式不成立。
3. 为什么测定数据前首先要赶尽设备和测压管之间的空气？怎样赶走？
答：因为如果设备或测压管中留有空气，则会影响U 形管，引起U 形管读书产生误差。
慢慢旋转平衡阀排除气泡。
4. 在进行测试系统的排气工作时，是否要关闭系统的出口阀？为什么？
答：要关闭系统的出口阀，只有这样才能通过U 形压差计的液面是否变化判断系统的排气是否完全。
5.U 形压差计上装设平衡阀有何作用？什么时候开着？什么时候关闭？ 答：平衡U 形压差计中两边的气压；
实验开始之前关闭，启动离心泵之前打开，测压管排气完毕之后关闭，当实验结束时再打开。
6. 为什么本实验数据须在双对数坐标纸上进行测绘？
答：因为变量λ和Re 的最大值最小值相差很大，采用双对数坐标可以使图形不失真，更好反映λ和Re 两者之间的的关系。