实验一：流体流动阻力的测定
一， 摘要
本实验以水为介质，使用FFRS-Ⅱ型流体阻力实验装置，通过测定不同管
道中流体流量和测压点间的压强差，结合已知管径管长，应用机械能守恒式算出不同管道摩擦阻力系数和雷诺数关系。实验验证了湍流状态下直管摩擦阻力系数受Re和ε/d共同影响；层流状态下，直管摩擦阻力系数仅是Re的函数，且在双对数坐标系内呈线性关系；局部阻力系数受Re和局部性状影响。
二， 目的及任务
⑴ 掌握测定流体流动阻力实验的一般方法。
⑵ 测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管的局部阻力系数ζ。 ⑶ 测定层流管的摩擦阻力。
⑷ 验证湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺系数Re和粗糙度的函数。 ⑸ 将所得光滑管的λ－Re方程与Blasius方程比较。
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，产生局部阻力。影响流体阻力的因素比较多，在工程上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 Δp=f﹙d,l,u, ρ, μ, ε﹚ 引入无量纲数群: 雷诺数Re=duρ/μ
相对粗糙度ε/d 管子长径比l/d
从而得到 Δp/﹙ρu^2﹚=Ψ(duρ/μ, ε/d,l/d) 令λ=Φ（Re, ε/d） 则有 Δp/ρ=l/dΦ(Re, ε/d)uu/2
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。 Hf=Δp/ρ=λl/d*uu/2
式中：hf——直管阻力，J/㎏； l——被测管长，m; d——被测管内径，m; u——平均流速，m/s; λ——摩擦阻力系数。
当流体在一管径为d的圆形管中流动时选取两个截面，用U形压差计测出着两个截面间的静压差，即为流体流过两截面间的流动阻力。根据伯努利方程找出静压差和摩擦阻力系数的关系式，即可求出摩擦阻力系数。改变流速可测出不同Re下的摩擦阻力系数，就可求出某一相对粗糙度下的λ-Re关系。
（1） 湍流区的摩擦系数
在湍流区内λ=f(Re, ε/d).对于光滑管，大量实验证明，当Re在
3?10到10范围内，λ与Re的关系遵循Blasius关系式，即 λ
35=0.03163/Re0.25
对于粗糙管，λ与Re的关系均以图来表示。 （2） 层流的摩擦阻力系数
λ=64/Re
2. 局部阻力
当流体流过等直径的管道局部（弯头，阀门），不考虑直管段长度，方程
变为：
hf??p???u
?222??2?p??u
当流体流经突然扩大管道时（p?1p2）
2 hf?p1?p222??u21?u222???u1
2 ??1?u?2(p?2p)1?u21
ζ称为局部阻力系数，它与流体流过的管件的几何形状及流体的雷诺数
Re有关，当雷诺数Re大到一定值后，ζ与Re无关，为定值。
3．排气原理
用传感器测量压降时，要求主管路和引压管线中的液体必须相连，不能
有气泡。主管路排气可开大流量阀，使水快速大量流过管道，将其中气体带走。引压管线中的气体可在关闭出口流量调节阀的情况下。打开传感器两侧的排气阀门将其排净。最后注意将排气阀门关闭进行测量。
四， 流程图及仪表
设备尺寸：
光滑管 d=21.5mm l=1.50m 粗糙管 d=21.5mm l=1.50m 突然扩大管 d1=16mm d2=42mm 层流管 d=29mm l=1.00m
五， 实验内容 ⑴关闭阀门，启动水泵
⑵确定实验管路为光滑管，打开光滑管主管路切换阀门V3以及光滑管的引压管路切换阀门和压力传感器两侧的阀门。进行主管路，测压管路的排气，大约一到两分钟时间。关闭切换阀门和压力传感器两侧的阀门，看传感器是否回零（?0.07kPa左右）。如果没有达到要求，则重复上述排气步骤。如果达到要求则可以进行测量。从达到小改变流量，按照要求记录相关数据。A负责调节流量大小；B负责分配数据间隔，以便得到更科学化的数据，数据记录，同时与A配合控制流量范围；C负责读取压力传感器的数据，实验温度以及流量读数。由
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