北京化工大学 化工原理实验报告
实验名称：流体阻力实验 班级：化工 1305 班 姓名：张玮航
学号： 2013011132 序号： 11 同组人：宋雅楠、陈一帆、陈骏
设备型号：流体阻力 -泵联合实验装置 UPRSⅢ型-第 4 套 实验日期：
2015-11-27
北京化工大学化工原理流体阻力实验
一、实验摘要
首先，本实验使用 UPRSⅢ型第 4 套实验设备，通过测量不同流速下水流经 不锈钢管、镀锌管、层流管、突扩管、阀门的压头损失来测定不同管路、局部件 的雷诺数与摩擦系数曲线。 确定了摩擦系数和局部阻力系数的变化规律和影响因 素，验证在湍流区内 λ与雷诺数 Re 和相对粗糙度的函数。该实验结果可为管路 实际应用和工艺设计提供重要的参考。
结果，从实验数据分析可知，光滑管、粗糙管的摩擦阻力系数随 减小，并且光滑管的摩擦阻力系数较好地满足
Blasuis 关系式：
Re 增大而 0.3163 Re 。
0.25
突然扩大管的局部阻力系数随 Re的变化而变化。
关键词：摩擦系数，局部阻力系数，雷诺数，相对粗糙度 二、实验目的
1、掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法：
①测量湍流直管的阻力，确定摩擦阻力系数。 ②测量湍流局部管道的阻力，确定摩擦阻力系数。 ③测量层流直管的阻力，确定摩擦阻力系数。
2、验证在湍流区内摩擦阻力系数 λ与雷诺数 Re以及相对粗糙度的关系。 3、将实验所得光滑管的 λ-Re曲线关系与 Blasius方程相比较。 三、实验原理
1、直管阻力
不可压缩流体在圆形直管中做稳定流动时， 由于黏性和涡流的作用会产生摩 擦阻力（即直管阻力） ；流体在流过突然扩大、弯头等管件时，由于流体运动的 速度和方向突然变化， 会产生局部阻力。 由于分子的流动过程的运动机理十分复 杂，目前不能用理论方法来解决流体阻力的运算问题， 必须通过实验研究来掌握 其规律。 为了减少实验的工作量、 化简工作难度、 同时使实验的结果具有普遍的 应用意义，应采用基于实验基础的量纲分析法来对直管阻力进行测量。
利用量纲分析的方法，结合实际工作经验，流体流动阻力与流体的性质、流 体流经处的几何尺寸、流体的运动状态有关。可表示为：
通过一系列的数学过程推导，引入以下几个无量纲数群：
- 1 -
p f d, l, , , ,u 。
北京化工大学化工原理流体阻力实验
①雷诺数：
du Re
l
；②相对粗糙度： d ；③长径比： d du
l , ,
d d
整理得到：
p
2
u
其中，令：
Re,
d 为直管阻力系数，则有
p
2
l d
Re,
d
u 。 2
阻力系数与压头损失之间的关系可通过实验测得，上式改写为：
H f
2
p l d
u （1） 2
（式中 H f ——直管阻力(J/kg)，l ——被测管长(m)，d —— 被测管内径 (m)，
u—平均流速(m/s)， — 直管中的摩擦阻力系数。 ）
根据机械能衡算方程，实验测量 H f ：
2
2
p
1
u
1
p
2
u
2
gz
1
H 2
e
gz
2
H 2
f
2 2
p
1
u
1
p
2
u
2
H
f
gz
1
2
gz 2 u 2
e
2
H
e
2
g z
p
（2）
H
对于水平无变径直管道，结合式（ 1）与式（2）可得摩擦系数：
2d
测量
p
2
l u
当流体在管径为 d 的圆形管中流动时选取两个截面，用 U 形压差计测出
这两个截面的压强差， 即为流体流过两截面间的流动阻力。 通过改变流速可测出 不同 Re下的摩擦阻力系数，这样便能得到某一相对粗糙度下的
其中，经过大量实验后人们发现：
1、层流圆直管（ Re<2000）：λ=φ（Re）即 λ=64/Re
0.25
Re关系。
2、湍流水力学光滑管（ Re>4000）：λ=0.316/3Re
1
2
18.7