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实 验 报 告 专业：
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过程工程专业实验流体流动阻力实验 指导老师：
成绩：
实验名称：
实验类型：
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一、实验目的和要求（必填）
二、实验容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填）
四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
一、实验目的和要求 装 1. 掌握测定流体流经直管、管件（阀门）时阻力损失的一般实验方法。
2. 测定直管摩擦系数 λ 与雷诺准数 Re
的关系，流体流经管件 （阀门）
时的局部阻力系数 ，验 订 证在一般湍流区 λ 与 Re
的关系曲线，考察 ζ 与 Re 是否相关。
线 3. 识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用 , 获得对 Re，摩擦系数λ，局部阻力系数ζ的感性认识。
二、实验容和原理 1 流量计校核 通过计时称重对涡轮流量计读数进行校核。
2. Re 数：
3. 直管阻力摩擦系数 λ 的测定 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：
.
4. 局部阻力系数ζ的测定
局部阻力压力降的测量方法：测量管件及管件两端直管（总长度 l" ）总的压降 p，减去其直管段的压降，该直管段的压降可由直管阻力 p f （长度 l ）实验结果求取。
三、主要仪器设备
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Figure 1 实 1—水箱 2 —离心泵 3 、11、12、13、14—压差传感器 —引水漏斗 4 —温度计 21 、22—调节阀 5—涡轮流量计 16—粗糙管实验段 17 —光 滑管实验段 18 a b c de f g h —闸阀 19 —截止阀 20 23 —泵出口阀 24 —旁路阀（流量校核）
— 取压点 表格 1 表格 2， 名称 类型 直管规格 管径 直管段长度 截止阀 局部阻力 闸阀 闸阀两端直管（粗糙管）
22 ab = 680
光滑管
不锈钢管
光滑直管 （ mm）
21 （mm）
ef = 1000
粗糙直管 22 bc =1000 粗糙管 镀锌铁管
截止阀两端直管（光滑管）
21
de = 660
四．操作方法和实验步骤 1. 离心泵灌水，关闭出口阀（ 23），打开电源，启动水泵电机，待电机转动平稳后，把泵的出口阀（ 23）缓缓开到最大。对压差传感器进行排气，完成后关闭排气阀门，使压差传感器处于测量状态。
3
2. 开启旁路阀（ 24），关闭光滑管段阀件，选定最小流量 1.00m /h ，, 记录最大流量，设定大于 10个数值上等比的流量观测值。自大至小，改变流量，每次改变流量，待流动达到稳定后，记录压 差、流量、温度等数据。粗糙管段测量同光滑管段测量。
3. 实验结束，关闭出口阀（ 23）。
五、实验数据记录和处理 5.1 流量计校核 3 -1 仪器读数：
V1=0.61m ·h
，空桶质量 m0 =0.46kg
V2= τ =50.00s
时，桶的质量 m 1 =10.22kg ，水温 t r =32.1 ℃，ρ =995.0kg/m 实 际 流 速 ：
偏差 E=(0.71-0.61)/0.61 *100%=16.4% 表格 3 光滑管段实验数据记录
No V1/m3 ·h -1 t1/ p11/kpa p12/kPa( 加管件 ) 1 0.95 32.1 0.43 9.8 2 1.21 32 0.66 11.6 3 1.44 31.9 0.84 12.9 4 1.71 31.8 1.14 14.8 5 2.05 31.8 1.55 18.2 6 2.26 31.7 1.83 20.4 7 2.71 31.6 2.52 26.5 8 3.23 31.6 3.34 34.6 9 3.74 31.6 4.32 44.2 3
[1]
10 4.5 31.4 6.11 60.8 11 5.25 31.2 7.99 79.5 12 5.39 31.1 8.22 83.6
表格 4 粗糙管段实验数据记录
件 )
实验所用流体为水，ρ，μ的计算参考文献值 , 插法处理
t=20 , ;t=30 , ; t=40 ,
t=28 , ; t=29 , ; t=30 , ; t=31 , No 3 -1 V2/m ·h T2/ P21/kpa P22/kPa( 加管1 0.97 30.4 1.44 1.05 2 1.24 30.3 2.24 1.73 3 1.44 30.2 3.01 2.43 4 1.7 30.1 4.09 3.42 5 2.05 30 5.83 5.03 6 2.37 29.9 7.67 6.72 7 2.77 29.8 10.395 9.25 8 3.2 29.5 13.2 12.5 9 3.82 29.3 19.87 17.71 10 4.45 29.2 24.93 24.15 11 5.07 28.7 24.83 24.94
t=32 ,
表格 5. 光滑管段流动阻力参数计算结果
No
1 -1 u/m·s
0.6942 3 ρ /kg ·m
995.0 μ/Pa ·s
0.000766 Re
19828.7 λ
0.03946 δ
39.65707 2 0.8842 995.0 0.000768 25205.1 0.03733 28.67032 3 1.0523 995.0 0.000770 29934.5 0.03355 22.38011 4 1.2496 995.1 0.000771 35474.2 0.03228 18.05326 5
1.4980
995.1
0.000771
42527.6
0.03054
15.35699 6 1.6515 995.1 0.000773 46788.0 0.02967 14.11610 7 1.9803 995.1 0.000774 55989.6 0.02841 12.70268 8 2.3603 995.1 0.000774 66732.9 0.02651 11.66286 9 2.7330 995.1 0.000774 77269.7 0.02557 11.10278 10
3.2883
995.2
0.000778
92593.1
0.02498
10.52757 11 3.8364 995.3 0.000781 107587.3 0.02400 10.11264 12 3.9387 995.3 0.000782 110232.9 0.02342 10.10460
表格
No
6
粗糙管段流动阻力参数计算结果
-1 3 u/m·s ρ/kg ·m
μ/Pa ·s
Re
λ
δ 1
0.7779 995.6 0.000794 20483.1 0.10038 0.33063
2 0.9945 995.6 0.000796 26130.6 0.09555 0.51107 3 1.1549 995.6 0.000797 30282.7 0.09520 0.66783 4 1.3634 995.7 0.000799 35676.9 0.09282 0.77871 5 1.6441 995.7 0.000801 42934.0 0.09098 0.87851 6 1.9007 995.7 0.000802 49530.1 0.08955 0.92170 7 2.2215 995.8 0.000804 57766.5 0.08884 0.97242 8 2.5664 995.8 0.000809 66310.9 0.08453 1.15510 9 3.0636 995.9 0.000813 78825.6 0.08928 0.98338 10 3.5689 995.9 0.000815 91632.9 0.08255 1.21348 11 4.0661 996.0 0.000823 103289.4 0.06333 1.03868
Figure 2 ．摩擦系数λ与 Re 的关系曲线（ y1 为光滑管摩擦系数， y2 为粗糙管摩擦系数）
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[1] [2]
对照 Moody图 ， Figure 3 ． Moody 图
查得光滑管段λ 1-Re 图对应的相对粗糙度ε 1/d1=0.002; 粗糙管段λ 2-Re 图对应的相对粗糙度ε 2/d2>0.05. 绝对粗糙度：ε 1=0.002*21=0.42mm ，ε 2>0.05*22=1.10mm; 查表 知，中等腐蚀的无缝钢管绝对粗糙度：ε ~0.4mm；普通镀锌钢管绝对粗糙度：ε：
0.1~0.15mm
. Figure 4 ．局部阻力系数ζ与 Re 的关系曲线（ y1 为光滑管局部阻力系数， y2 为粗糙管局部阻力系数）
截止阀局部阻力系数 : ζ1=10.70 闸阀局部阻力系数：ζ
2=1.04 （两者均取ζ -Re 曲线上平直部分对应的局部阻力系数）
查文献，知截止阀在全开时ζ =6.4 ，闸阀在全开时ζ =0.17
六．实验结果与分析 1. 实验误差分析：
1.1 由对涡轮流量计的校核知，当流速较小时，流量计的测量误差较大，可达 16.4%，因而λ -Re ，ζ -Re 图上， Re 值较小时，实验数据点的误差较大。
1.2 实验读数时，由于仪表显示的读数值并不稳定，液体实际的流动不是不可压缩的稳定流动， Δ p，V， t 值随时间变化存在一定程度上的波动。
1.3 温度传感器，流量计，压差传感器的仪器测量误差不可避免。
1.4 调节流量时，流动并未完全稳定读数
1.5 计算局部阻力系数时，采用的公式：
，合成不确定度相较摩擦阻力系数测定时，引入的不确定度增加了一项，误差增大。
1.6 所用的水不够洁净，含较多杂质，而实验中都做纯水处理，实际流体的μ，ρ值与计算得到 的值存在一定程度的偏差。
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2. 实验结果分析 2.1.
实验测得光滑管的绝对粗糙度ε 1=0.42mm, 在给出的参考围 ~0.4mm，粗糙管的绝对粗糙度>1.10mm,偏大，可能原因水管使用较久由于污垢腐蚀而造成绝对粗糙度偏大 2.2
实验测得的截止阀与闸阀在全开时，局部阻力系数较文献值均偏大，可能的原因：
a. 实际因为阀件的制造水平，加工精度不同的原因，不同的阀件的局部阻力系数在一定围波动；
b. 实验用阀件可能存在积垢，腐蚀的问题，导致局部阻力系数偏大。
3. 思考题 3.1 在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀？为什么？ 答：是，由离心泵特性曲线知，流量为零时，轴功率最小，电动机负荷最小，不会过载烧毁线 圈。
3.2 ．如何检测管路中的空气已经被排除干净？ 答：关闭出口阀后，打开 U 形管顶部的阀门，利用空气压强使 U形管两支管水往下降，当两支管 液柱水平，证明系统中空气已被排除干净。
3.3 ．以水做介质所测得的λ～ Re 关系能否适用于其它流体？如何应用？ 答：能用，因为雷诺准数是一个无因次数群，它允许 d、u、ρ 、μ变化。
3.4.
在不同设备上（包括不同管径），不同水温下测定的λ～ Re 数据能否关联在同一条曲线上？
答：不可以， , 设备改变，相对粗糙度也发生改变，从而λ变化。
3.5 ．如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响？ 答：有毛刺，增加额外的阻力损失，安装不垂直，增加额外的压差，使测量误差增大。七．参考文献 [1]. 何潮洪，霄 . 化工原理（上册）
. [M] 科学：
2013 [2]. 时均 . 化学工程手册 上卷 .[M] 化学工业：
1996
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