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实验一：综合流体力学实验

一、实验目的

1、掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的实验方法；

2、测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re，验证在一般湍流区λ与Re的关

系；

3、测定流体流经阀门时的局部阻力系数ξ；

4、学会流量计的使用方法；

5、辨识组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

二、实验原理

1.直管阻力摩擦系数λ与雷诺数Re的测定原理

流体流经直管时，流体阻力、流体本身的黏性以及管路的粗糙程

度是产生能量损失的主要原因。

当流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：

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，它们之间存在的关系为：

上式相连可得：也可为

，

雷诺数计算公式也可为

，

2、流体经过截止阀门的局部阻力系数ξ的测定原理

局部阻力损失测量法有：当量长度法和局部阻力系数法，本实验

采取局部阻力系数法流体通过某一管件或者阀门时的机械能损

失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数。

，可化为

λ直管阻力摩擦系数;

d直管内径，m;

压力降，;

Pa

流体流经直管的机械能损失；

P流体密度，kg/m3；

l直管长度，m;

u流体在管内流动的平均速度，m/s;

μ流体粘度，kg/（m*s）;

三、实验设备及流程

1、实验设备

由水槽、离心泵、不同管径、材质的水管、阀门、管件、涡轮流

量计和U形流量计等所组成。实验管路部分有两段并联长直管,自上

而下分别为用于粗糙管直管阻力系数和光滑管直管阻力系数。同时在

粗糙直管和光滑直管上分别装有闸阀和截止阀,用于测定不同种类阀

门的局部阻力系数。水的流量使用涡流流量计测量,管路直管阻力和

局部阻力采用差压传感器测量。

2、实验流程

流体由水槽流经离心泵进入排出管路，首先经过一个流量调节阀

门，然后经过转子流量计，最后遇到三根平行的管路，最上方的管路

是一根粗糙管，主要用于测定粗糙管的摩擦阻力系数λ与雷诺数Re之

间的关系；第二根管是一根光滑管，主要用于测定光滑管的摩擦阻力

系数λ与雷诺数Re之间的关系，由于光滑管是透明的，也可用它进行

雷诺实验的演示；第三根管是中间安装了一个截止阀，主要用于测定

流体流经阀门的局部阻力系数ξ；且这几根管路每根管路的入口处都

有一个管路阀门，当测量某一跟管路时，需要将这一根管路的管路阀

门打开，其余管路阀门关闭。

四、实验步骤

1、测定流体流经直管时候的摩擦系数λ与雷诺数Re两者的关系曲线

（1）实验开始前，首先检查管路；关闭出口流量阀门，光滑管以及

截止阀管路的管路阀门；

（2）打开粗糙管的管路阀门、两个测压阀和压差变速器，启动离心

泵电源，调节出口流量阀门；

（3）测定之前测压管内可能存在空气，因此需要进行排气操作；将

下方两个排气阀打开，使管路与外界相通，排完后关闭两个排气阀，

同时关闭粗糙管路阀门，观察仪表盘上的压力降为0或者接近于0时，

才能继续操作，否则还要继续排气；

（4）排气结束后，打开粗糙管的管路阀门，调节离心泵出口流量阀

门，等转子流量计和压力传感器数据稳定之后记录一组数据；然后再

调节离心泵出口流量阀门，等转子流量计和压力传感器数据稳定之

后，记录另外一组数据，需记录10~15组数据；

（5）最后，我们用圆尺测量两个测压轴之间的长度，和水温读数，

查表取得，密度以及黏度，管路直径已知，用这些数可计算得到摩擦

系数λ与雷诺数Re，可画图得到两者的关系曲线。

2、测定流体经过截止阀门的局部阻力系数ξ

（1）摩擦系数λ与雷诺数Re测量完毕后，将管路切换到第三根管路

测定流体经过截止阀的局部阻力系数ξ；

（2）首先，我们将粗糙管的管路阀门和测压阀全部关闭，打开第三

根管的截止阀，调节一定开度，打开这根管上的对应测压阀，这里也

需打开测压管上的排气阀，进行排气操作，压力读数符合要求后，继

续操作；

（3）保持截止阀的开路不变，调