阻力实验原理、要求

一、实验目的：

（1）熟悉测定流体流经直管和管件时的阻力损失的实验组织法及测定摩擦系数的工程意义；

（2）学会压差计和流量计的使用方法；

（3）识别流程管路中各个管件、阀门并了解其作用。

二、基本原理：

流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地要消耗一定的机械能。管路是由直管和管件(如三通，肘管及大小弯头等)、阀件等组成。流体在直管中流动造成的机械能损失称为直管阻力损失，而流体在通过阀件，管件等局部障碍时，因流动方向和流动截面的突然改变所造成的机械能损失称为局部阻力损失。

流体在水平均匀管道中作定常流动时，由截面1流动到截面2的阻力损失表现为压强的降低，即：

hfp1p2

影响阻力损失的因素很多，为了减少变量，进而减少实验工作量，同时为了能把在实验室装置中用水(或空气)得到的实验结果推广应用到其它物系中去，采用因次分析法来规划实验。

依据因次分析法，列出下列影响阻力损失的因素： 物性参数：密度 ρ ，粘度 μ ；

设备参数；管径 d ，管长 L ，管壁粗糙度 ε ； 操作参数：流速 u 。 即：

pf(d,l,,,,u) 组合成如下的无因次式：

pdul(,,) 2dduplu2(Re,) dd2引入：

lu2 hf d2p则：

式中 λ 为直管摩擦系数。

因此只要知道 λ 值就可计算任一流体在管道中的流动阻力损失。λ为

雷诺数及管壁相对粗糙度的函数，确定它们之间的关系只要用水作物系，在实验室规模的装置中，进行有限量的实验即可得到。

局部阻力通常有两种方法表示，即当量长度法和阻力系数法。 当量长度法：流体通过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号Le表示。这样可用直管阻力的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，如管路中直管长度为L，各种局部阻力的当量长度之和为ΣLe，则流体在管路中流动时的总阻力损失Σhf为：

lleu2) hf( d2局部阻力系数法：流体通过某一管件或阀门的阻力损失用流体在管路

中的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称阻力系数法。即

u2 he

2由于管件和阀门材料及加工精度不完全相同，每一制造厂及每一批产品的阻力系数是不尽相同的。

三、实验内容：

(1)测定特定ε／d下直管摩擦系数和雷诺数的关系； (2)测定流体经过阀门或90度弯管时的阻力系数。

四、实验装置：

本实验装置由管子、管件、截止阀、控制阀、流量计和供水泵组成一个测试系统，该系统既可测直管阻力，又可测局部阻力。

本实验的物料为自来水，由水槽和离心泵供水，循环使用，为了不使脏物堵塞测压孔或卡住流量计，尽可能在水泵进水口之前加设过滤网。 流体的流量由涡轮流量计和显示表计量。

阻力损失形成的压力差Δp由水银 U 形或单管压差计检测。 水温是由玻璃液体温度计检测。

为了保证检测的准确，必须排除实验系统中的空气。排气包括三个内容：（1）总管路排气；（2）导压管排气；（3）压差计排气。

五、实验注意事项：

（1）实验前检查各阀门的开闭状态，以防流体窜漏，影响流量和压差的测量。

特别应注意将压差计的“平衡阀”打开。

（2）泵启动后，必须进行排气工作，注意排气过程的正确步骤和气

体是否被排净的检查方法。

（3）流量调节后，须经一定时间的稳定方可测取各有关数据。 （4）为了取得较好的实验结果，应事先考虑好在整个测量范围内的实验布点。