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1、实验二 流体阻力系数测定一、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） （1-3）式中： d管径，m; Pf直管阻力引起的压强降，Pa； u流速， m/s； 流体的密度，kg/m3； 流体的粘度，Ns/m2。 直管摩擦系数与雷诺数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，则水的密度和粘度也是定值。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
2、式（1-2）可计算出不同流速下的直管摩擦系数；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系，绘出与Re的关系曲线。二、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=0.62三、计算方法、原理、公式：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
3、） （1-3） 式中： d 管径 Pf直管阻力引起的压强降 u 流速 流体的密度 流体的粘度 直管摩擦系数与雷诺数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，则水的密度和粘度也是定值。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；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系，绘出与Re的关系曲线。 对于局部阻力，则有： 称为局部阻力系数，它与流体流过的管件的几何形状以及流体的Re有关，当Re大到一定程度以后，与Re数无
4、关，成为定值。 或者可以近似的认为局部阻力的损失可以相当于某个长度的直管引起的损失： 式中le为管件的当量长度，由实验测得。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型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，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）测量光滑管数据（4）测量粗糙管数据（5）测量突然扩大管测量数据五、注意事项：（1）倒U型管在使用前必须进行排气。首先，关紧A，打开B，C，D，E排气；接着关紧B，C，D，E，打开A，缓缓打开D，E，使管内形成气水柱，液柱约为管高度的一半。最后依次关紧A，D，E，再双手同时缓缓打开B，C。如果倒U型管高度差不为零，表明导压管内仍有气泡，重复上述操作，直到高度差为零。（2）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（3）要更好地回归处理数据，请尽量多地测量数据，并且尽量使数据分布在整 个流量范围内。（4）在层流范围内，用阀门按钮调节很难控制，请自己在阀门开度栏内自己输入开度（阀门开度小于5%）。（5）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。
实验二流体阻力系数测定
