实验名称：液体流动阻力的测定实验
一、 实验目的。
掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。
测定直管摩擦阻力系数及突然扩大管和阀门的局部阻力系数。
验证湍流区摩擦阻力系数为雷诺数和相对粗糙度的函数。
将所得光滑管的方程和blasius方程相比较。
二、 实验器材。
流体流动阻力实验装置。
三、 实验原理。
1、直管摩擦阻力。
不可压缩流体（如水），在圆形直管中做稳定流动时，由于粘性和涡流的作用产生摩擦阻力；流体在流过突然扩大、弯头等官件时，由于流体运动的速度和方向突然变化，产生局部阻力。影响流体阻力的因素较多，在工程上通过采用量纲分析方法简化实验，得到在一定条件下具有普遍意义的结果，其方法如下。
流体流动阻力与流体的性质，流体流经处的几何尺寸以及流动状态有关，可表示为。
引入下列无量纲数群。
雷诺数 相对粗糙度
管子长径比
从而得到。令。
可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系，这种关系可用实验方法直接测定。
式中 ——直管阻力，j/kg；
——被测管长，m；
—被测管内径，m ；
—平均流速，m / s；
—摩擦阻力系数。
当流体在一管径外的圆形管中流动时，选取两个截面，用u形压差计测出这两个截面的静压强差，即为流体流过两截面的流动阻力。根据伯努利方程找出静压强差和摩擦阻力系数的关系式，即可求出摩擦阻力系数。改变流速可测不同re下的摩擦阻力系数，这样就可得出某一相对粗糙度下管子的关系。
1） 湍流区的摩擦阻力系数。
在湍流区内。对于光滑管，大量实验证明，当re在范围内，与re的关系blasius关系，即。
对于粗糙管，与re的关系均以图来表示。
2） 层流的摩擦阻力系数。
2. 局部阻力。
式中，ξ为局部阻力系数，其中流体流过的管件的几何形状及流体的re有关，当re大到一定值后，ξ和re无关，成为定值。
四、 实验装置。
图-1 管道流体阻力测定实验——实验装置示意图及流程。
—白铁管；3—不锈钢管； 4—白铁管；
5—孔板流量计； 6—文丘里流量计； 7—涡轮流量计；
以水为工作流体，经高位槽（或实验自备水箱）由泵循环供水，流体经2#管路作测定光滑直管摩擦系数λ与雷诺数re的关系；流体流经3#管路作粗糙直管的摩擦系数λ与雷诺数re的关系，流体流经4#管路作测定闸阀（全开时）的当量长度le，流体流经直管及闸阀时所产生阻力损失用u型压差计测量，流量由数字式流量积算仪显示。
五、 实验内容及步骤。
启动离心泵，打开被测管线上的开关阀及面板上与其相应的切换阀，关闭其他的开关阀和切换阀，保证测压一一对应。
系统要排净气体连续流动。设备和测压管线中的气体都要排净，检验是否排净的方法是当流量为零时，观察u形压差计中两液面是否水平。
读取数据时，应注意稳定后在读数。测定直管摩擦阻力时，流量由大到校，充分利用面板量程测取10组数据，然后再由小到大测取几组数据，以检查数据的重复性。测定突然扩大管、球阀和截止阀的局部阻力时，各测取3组数据。
层流的流量用量筒与秒表测取。
测完一根管的数据后，应将流量调节阀关闭，观察压差计的两液面是否水平，水平时才能更换另一条管路，否则全部数数据无效。同时要了解各种阀门的特点，学会使用阀门，注意阀门的切换，同时要关严，防止内漏。
六、 实验数据及处理。
1. 原始数据记录。
表-1光滑管及粗糙管数据表。
表-2 扩大管、截止管、球阀数据表。
2. λ与re关系图的绘制。
以表-1第一组光滑管数据为例re、λ、数据进行求解：
将第一组数据带入公式得：
由 将第一组数据带入上式得：
由和联立得。
将表-2球阀第一组数据带入得：
根据以上计算过程计算出其他的数值，结果列表如下：
表-3 光滑管、粗糙管、扩大管、截止管、球阀数据处理表。
利用表-3中的数据绘制出λ与re关系图如下：
图-2 λ与re关系图。
七、 实验结论及误差分析。
1. 实验结论。
绘制出湍流时关系曲线；
计算出局部阻力系数；
2. 误差分析。
给离心泵灌水排气时间不是很充足。
对倒u型压差计进行排气和调零时，压差计两端在带压且零流量时的液位高度并不是完全相等。
每次改变流量后，流动并未彻底达到稳定，记下了流量和压差读数。
测量仪器自身带来的误差。
八、 思考题。
1 在测量前为什么要将设备的空气排净？怎样才能迅速地排净？
答：测量前将设备的空气排净是为了让流体能够连续流动，要将空气迅速地排净的方法就是将鼓风机的频率调最大。
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-re数据能否关联在一条曲线上？
答：相对粗糙度相同时能关联在一条曲线上，否则不能。
测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗？为什么？（管径、管长相同，且）
答：无关。 如果要增加雷诺数的范围，可采取哪些措施？
答：由可知，要增加雷诺数的范围可以增大管径和流体流速。
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