流体阻力实验报告文档格式.docx
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ρ，μ设备：
l，d，ε操作：
u（p,Z）
2）量纲分析
ρ[ML-3]，μ[ML-1T-1]，l[L]，d[L]，ε[L]，u[LT-1]，hf[L2T-2]
3）选基本变量（独立，含M，L，T）
d，u，ρ（l，u，ρ等组合也可以）
4）无量纲化非基本变量
μ：
π1＝μρaubdc[M0L0T0]=[ML-1T-1][ML-3]a[LT-1]b[L]c⇒a=-1,b=-1,c=-1
变换形式后得：
π1＝ρud/μ
l:
π2＝l/dε:
π3＝ε/dhf:
π4＝hf/u2
5）原函数无量纲化
6）实验
摩擦系数：
层流圆直管（Re<
2000）：
λ=φ（Re）即λ=64/Re
湍流水力学光滑管（Re>
4000）：
λ=0.3163/Re0.25
湍流普通直管（4000<
Re<
临界点）：
λ=φ（Re,ε/d）即
湍流普通直管（Re>
λ=φ（ε/d）即
2、局部阻力损失函数
局部阻力系数：
考虑流体阻力等因素，通常管道设计液速值取1～3m/s，气速值取10～30m/s。
大多数阀门：
顺时针旋转是关闭，逆时针旋转是打开。
四、实验流程
层流管：
；
突然扩大管：
粗糙管：
光滑管：
。
操作装置图如下：
五、实验操作
1、关闭流量调节阀门，启动水泵；
2、调整阀门V1～V5开关，确定测量管路；
3、打开对应引压管切换阀门和压差传感器阀门，进行主管路、测压管路排气；
4、排气结束，关闭传感器阀门，检查其数值回零，否则继续排气；
5、确定量程，布点，改变水流量测多组数据；
6、所有参数在仪表柜集中显示，水流量/m3•h-1，压降/kPa，温度/℃；
7、层流实验水流量由量筒和秒表测出；
8、测完所有数据，停泵，开传感器排气阀，关闭切换阀门；
9、检查数据，整理好仪器设备，实验结束。
六、实验数据处理
原始数据如下表：
ρ（kg/m3）=998.2μ（mPa.s）=1.005
T=20.6℃光滑管l=1.5md=21.5mm
T=21.6℃
粗糙管l=1.5d=21.5mm
序号
流量
qv/m3•h-1
压降
Δp/pa
1
4.10
7314.5
4.12
10468.0
2
3.55
5580.0
7748.7
3
3.05
4225.5
5739.5
4
2.58
3058.7
2.55
4054.5
5
2.21
2265.8
2.20
3046.7
6
1.85
1608.8
1.86
2179.6
7
1.50
1065.2
1448.2
8
1.16
643.2
1.15
869.4
9
0.85
349.3
0.84
482.5
10
0.65
205.5
284.5
突然扩大管
T=22.5℃d=15.6mmD=42mml=140mmL=280mm
流量qv/m3•h-1
3.5
5256.5
2.0
1457.5
0.8
159.6
层流管d=2.9mml=1mT=23.1℃
V/ml
t/s
111
20
5155.6
102
5065.5
84
2172.0
70
1731.2
62
1535.6
22
438.0
数据计算示例：
1、光滑管：
近似取T=20.0℃时水的密度，粘度
以光滑管第一组数据为例：
2、粗糙管：
以粗糙管第一组数据为例：
,,
3、突然扩大管：
以第一组数据为例：
,
同理求出三组数据所对应的值，再求其平均值
4、层流管：
,
按照以上方法将实验数据处理如下表所示：
⑴光滑管：
l=1.50m，d=21.5mm，压降零点修正ΔP0=0kPa，水温度=20.6℃
表1.光滑管的原始数据记录及处理结果一览表
水流量
/m3•h-1
/Pa
流速
/m•s-1
雷诺数
Re
摩擦系数λ
λBlasius
3.1386
67023.14
0.021324
0.019658
2.7176
58032.23
0.021699
0.020379
2.3349
49858.67
0.022261
0.021167
1.9750
42175.53
0.022519
0.022072
1.6918
36127.10
0.022735
0.022943
1.4162
30242.15
0.023036
0.023985
1.1483
24520.66
0.023201
0.025276
0.8880
18962.64
0.023425
0.026954
0.6507
13895.04
0.023693
0.029133
0.4976
10625.62
0.023837
0.031154
l=1.50m，d=21.5mm，压降零点修正ΔP0=0kPa，水温度=21.6℃
表2.粗糙管的原始数据记录及处理结果一览表
3.1540
67350.08
0.030222
0.030132
2.3348
0.030237
1.9521
41685.12
0.030557
1.6841
35963.63
0.030849
1.4239
30405.62
0.030875
0.031543
0.8803
18799.17
0.032217
0.6430
13731.57
0.033512
0.033000
根据以上数据做出散点图如下：
图3.光滑管和粗糙管的λ与Re的关系散点图
将上图修正处理，得到曲线图如下
图4.光滑管和粗糙管的λ与Re的关系以及Blasius公式比较
（3）突扩管：
d1=16.0mm，d2=42.0mm，压降零点修正ΔP0=0kPa，水温度=22.5℃
表3.突然扩张管的原始数据记录及处理结果一览表
细管流速/m1•s-1
粗管流速/m1•s-1
局部阻力系数ξ
5.0892
0.7021
0.570207
2.9081
0.4012
0.632167
1.1632
0.1605
0.742252
（4）层流管：
l=2.9mm，d=1.00m，压降零点修正ΔP0=0kPa，水温度=23.1℃
表3.层流管的原始数据记录及处理结果一览表
水体积/ml
/m3•s-1
/kPa
流速/m1•s-1
雷诺数Re
摩擦阻力系数λ
λ理论
0.0000056
0.8407
2421.46
0.042387
0.026430
0.0000051
0.7725
2225.12
0.049320
0.028762
0.0000042
2172
0.6362
1832.45
0.031182
0.034926
0.0000035
0.5302
1527.05
0.035789
0.041911
0.0000031
0.4696
1352.53
0.040467
0.047319
0.0000011
0.1666
479.93
0.091671
0.133353
图6.层流管的λ与Re的关系
七、实验结果分析：
由上面图表中的数据信息可以得出以下结论：
1、流动进入湍流区时，摩擦阻力系数λ随雷诺数Re的增大而减小。
至足够大的Re后，λ-Re曲线趋于平缓；
2、实验测出的光滑管λ-Re曲线和利用Blasius关系式得出的λ-Re曲线比较接近，说明当Re在范围内，λ与Re的关系满足Blasius关系式，即；
图像有误差可能原因是在调节流量和时间控制中未把握好，人为造成了实验误差。
包括流量的控制大小以及压降度数误差等。
3、突然扩大管的局部阻力系数随流量的减小而增大；
4、在Re<
2000范围内，流体流动为层流，实验所得层流管的摩擦阻力系数λ随Re的变化趋势与公式特性曲线相近，证明在层流区λ与Re的关系满足公式。
Re超过2000后明显与特征曲线相差变大，证明Re大于2000不符合特征曲线。
5、主要实验误差来源：
实验过程中水的温度不断改变，数据处理中仅取初始温度20度；
压力差计量表的数据在不断变化，读取的是一个瞬时值。
八、思考题
1、在测量前为什么要将设备中的空气排净，怎样才能迅速地排净？
答：
在流动测定中气体在管路中，对流动的压力测量产生偏差，在实验中排出气体，保证流体的连续，这样流体的流动测定才能准确。
先打开出口阀排净管路中的空气，然后关闭出口阀开U形压差计的排气阀。
2、在不同设备（包括相对粗糙度相同而管径不同）、不同温度下测定的λ-Re数据能否关联在一条曲线上？
由，联立得：
，可知λ-Re曲线受ρ、d、l、μ等的影响，故不一定能关联到一条曲线上。
3、以水为工作流体所测得的λ-Re关系能否适用于其他种类的牛顿型流体？
为什么？
答，不能，因为由实验证明在湍流区范围内，λ与Re的关系式遵循Blasius关系式，即，而Re的值与流体密度、粘度等物理性质有关，不同流体物理性质不同，所以不适用。
4、测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗？
（管径、管长相同，且R1=R2=R3）
与设备的放置状态无关。
由伯努利方程：
，，其中。
因为U型管所测得的即是两点间的势能差，即为，当R相同时，三次的摩擦阻力系数也相等。
5、如果要增加雷诺数的范围，可采取哪些措施？
答：
根据更改管径，更改流体温度，从而更改流体的粘度和密度。
实验完成日期：
2012年
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