流体流动阻力的实验装置图

㈠ 尼古拉兹实验曲线图中，可以分为哪五个区域在五个区域中，λ与哪些因素有关

尼古拉兹实验归纳总结出了流动阻力与雷诺数Re和相对粗糙度△/d的关系，将沿程阻力系数的变化归纳为五个区。

层流区：λ=f1(Re)；

临界过渡区：λ=f2(Re)；

光滑管区：λ=f3(Re)；

湍流过渡区：λ=f(Re，k/d)；

湍流粗糙区：λ=f(k/d)。

尼古拉兹实验比较完整地反映了沿程阻力系数λ的变化版规律，揭露了影响λ变化的主要因素，它对λ和断面流速分布的测定，推导湍流的半经验公式提供了可靠的依据。

尼古拉兹通过人工粗糙管流实验，确定出沿程阻力系数与雷诺数、相对粗糙度之间的关系，实验曲线被划分为5个区域，即1．层流区 2．临界权过渡区3．紊流光滑区4．紊流过渡区5．紊流粗糙区（阻力平方区）。

(1)流体流动阻力的实验装置图扩展阅读：

流体流动阻力：流体在管路系统中的流动可以分为在均匀直管中的流动，产生以表面摩擦为主的沿程阻力；在各种管件象阀门、弯老弯管、设备进出口等中的流 动，由于流道变向、历型截面积变化、流道分叉汇合等 产生以逆压差或涡流为主的局部阻力。

流动边界的物体对流动流体的作用力。它与流体流动的方向相反，由动量传递而产生。流动阻力是粘性流体中动量传递研究的基本问题之一。流动阻力的反作用力，即流体对物体的作用力，称为曳力(drag)。对于管流，流动阻力通常用流体的压力降表示，此压力降造成的机械能（压能）降低不能再恢复，亦即部分机械能遭受损失,通称阻力损失。对于绕流,更多地注意曳力。

只要来流即物体上游流体速度均匀，流体绕过静止物体的流动，与物体在静止流体中的运动是等同的。因此，工程上常埋烂升在流动流体中置入静止的模型，以模拟物体在静止流体中的运动。

㈡ 化工原理实验中哪些用到了风机工作

化工原理实验中哪些用到了风机工作：
化工原理实验装置系列一、雷诺实验装置 JGKY-LN实验目的：1、观察流体在管内流动的两种不同型态。2、观察滞流状态下管路中流体速度分布状态。3、测定流动形态与雷诺数Re之间的关系及临界雷诺数值。主要配置：有机玻璃水槽、示踪剂盒、示踪剂流出管、细孔喷嘴、玻璃观察管、计量水箱、不锈钢框架。技术参数：1、有机玻璃水槽：大于30L。2、玻璃观察管：Φ20mm。3、计量水箱：容积大于8L。4、指示液为红墨水或其它颜色鲜艳的液体。5、框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单,操作方便。6、外形尺寸：1200×450×1300mm。二、柏努利实验装置 JGKY-BNL实验目的：1、熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及相互转化关系，加深对柏努利方程式的理解。2、观察各项能量（或压头）随流速的变化规律。主要配置：蓄水箱、水泵、有机玻璃实验水箱、有机玻璃计量水箱、测压管、阀门、不锈钢框架。技术参数：1、水泵为微型增压泵，功率：90W。2、计量水箱：容积大于8L。3、实验管道：Φ20与Φ40mm。4、测压管 Φ8有机玻璃管 指示液为水，无毒、使操作更为安全。5、实验水箱： 400×250×450 mm（透明有机玻璃水箱）。蓄水箱： 600×400×400 mm（PVC或不锈钢水箱）。6、实验所用的流体--水为全循环设计。7、框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单,操作方便。8、外形尺寸：1800×500×1500mm。三、离心泵特性曲线测定实验装置 JGKY-LXB实验目的：1、了解离心泵的结构和特性，熟悉离心泵的操作。2、测量一定转速下的离心泵特性曲线。3、了解并熟悉离心泵的工作原理。主要配置：蓄水箱、离心泵、压力表、真空表、功率表、涡轮流量计、实验管路、不锈钢框架、控制屏。技术参数：1、卧式离心泵流量6
m^{3}
m
3

/h,扬程15m，功率370W。
2、流量测量采用涡轮流量计，流量约0.5～8 m3/h。3、压力表：Y-100型，0～0.6Mpa，真空表-0.1～0Mpa。4、功率测量：数字型功率表，精度1.0级。5、蓄水箱由PVC或不锈制成，容积约80L。6、实验所用的流体--水为全循环设计。7、控制屏面板及框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单,操作方便。8、外形尺寸：1600×500×1500mm。数据采集型（JGKY-LXB/Ⅱ）：配计算机、微机接口和数据处理软件、涡轮流量计及流量积算仪、变频器、压力传感器。能在线监测流量、压力等实验数据。四、恒压过滤实验装置 JGKY-GL/HY实验目的：1、掌握过滤的基本方法。2、掌握在恒压下过滤常数K、当量滤液体积qe的求取。3、观察过滤终了速率与洗涤速率的关系。主要配置：板框过滤机、空压机、压力容器、计量槽、盛渣槽、搅拌电机、控制阀、不锈钢框架。技术参数：1、板框过滤机的过滤面积：0.084m2，过滤介质：帆布。2、空压机排气量：0.036m3/h，压力：0.7MPa，功率：750KW。3、压力容器：容积约35L，上装压力表（0-0.6Mpa）、空压 机入口给混合液加压、视镜可方便观察容器内的液位。4、盛渣槽：过滤时会有一定泄漏现象，为保证实验室的卫生用来盛泄漏的混合液。5、计量槽由有机玻璃制成，容积：约14L。6、搅拌器转速：0-200转/min。7、框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单,操作方便。8、外形尺寸：1700×600×1600mm。数据采集型（JGKY-HY GL/Ⅱ）：配计算机、微机接口和数据处理软件、重量传感器、压力传感器。能在线监测虑液量、压力等实验数据。五、流量计校核实验装置 JGKY-LX实验目的：1、熟悉节流式流量计的构造及应用。2、掌握流量计的流量校正方法。3、通过对流量计量系数的测定，了解流量系数的变化规律。
主要配置：水泵、孔板流量计、文丘里流量计、计量水槽、秒表、U型压差计、蓄水箱、不锈钢框架及管路、控制屏。技术参数：1、水泵：最大流量30L/min、最高扬程16m、功率370W、工作电压220V、转速2850r/min2、孔板孔口径：dO=8mm，不锈钢材质。3、文丘里管喉径：dV=8mm，不锈钢材质。4、计量槽容积：15L，蓄水箱容积：20L。5、实验所用的流体--水为全循环设计。7、框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，操作方便。8、外形尺寸：1500×500×1500mm。数据采集型（JGKY-LX /Ⅱ）：配计算机、微机接口和数据处理软件、压差传感器、涡轮流量计及流量积算仪。能在线监测压差、流量等实验数据。六、流体流动阻力实验装置 JGKY-ZL实验目的:1、掌握流体流经直管和阀门时的阻力损失和测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。2、测定流体流经阀门时的局部阻力系数ζ。3、测定直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间的关系。主要配置：水泵、蓄水箱、沿程阻力光滑管、沿程阻力粗糙管、局部阻力管、压差计、流量计、阀门、实验台架及电控箱。技术参数：1、粗糙管段：不锈钢管，管径25mm、管长1.6m，内装不锈钢螺旋丝或工业镀锌管。2、光滑管段：不锈钢光滑管，管径25mm、管长1.5m。3、局部阻力段：管径25mm，测量阀门局部阻力。4、水泵：流量5m3/h、扬程20m、电机功率：550W。5、流量计：采用转子流量计或涡轮流量计，（涡轮流量计：LWCY-15，0.6-6 m3/h，LED背光液晶显示）。6、蓄水箱为不锈钢材质，容积约40L。7、阀门及三通等管件均为304不锈钢材质。8、操作台架及电控箱为不锈钢材质，结构紧凑，外形美观，流程简单，操作方便。9、尺寸：2000×600×1800mm。数据采集型（JGKY-ZL/Ⅱ）：配计算机、微机接口和数据处理软件、压差传感器、涡轮流量计及流量积算仪。能在线监测压差、流量等实验数据。
七、流化床干燥实验装置 JGKY-GZ/LHC实验目的：1、了解流化床干燥装置的结构、流程及操作方法。2、学习测定物料在恒定干燥条件下干燥特性的实验方法，研究干燥条件对干燥过程特性的影响。3、掌握根据实验干燥曲线求取干燥速率曲线以及恒速阶段干燥速率、临界含水量、平衡含水量的实验分析方法。主要配置：空气旋涡泵、电加热箱、流化床体、集尘器、加料斗、旋风分离器、U型压差计、孔板流量计（或毕托管流量计）、不锈钢实验台架及电控箱。技术参数：1、空气旋涡泵：风量450 m3/h，风压120mmH2O,效率66%，轴功率0.75KW。2、电加热箱：功率2KW，不锈钢材质。3、U型压差计：测量流化床总塔压差及进风流量。4、电控箱：在电控箱上装有智能温控仪表，测量干燥室的进出口温度；电源开关、风机开关，按下开关旋钮对应的工作开始进行。5、实验台架及控制屏均为不锈钢材质，结构紧凑、外形美观、流程简单、操作方便。6、外形尺寸：1500×600×2000mm。数据采集型（JGKY-GZLHCⅡ）：配计算机、微机接口和数据处理软件、温度传感器、压差传感器、涡轮流量计及流量积算仪。能在线监测压差、温度、流量等实验数据。八、传热实验装置 JGKY-CR实验目的：1、熟悉传热实验的实验方案设计及流程设计。2、了解换热器的基本构造与操作原理。3、掌握热量衡算与传热系数K及对流传热膜系数α的测定方法。4、了解强化传热的途径及影响传热系数的因素。主要配置：套管换热器、蒸汽发生器、气泵、热电偶、数显仪表、压力表、热球风速仪或转子流量计、实验管道、阀门、不锈钢框架、控制屏。技术参数：1、套管换热器：内管ф22X1.5mm，外管ф52X1.5mm，换热段长度：1.0m。2、蒸汽发生器：不锈钢制作，加热功率：2KW，操作电压220V。3、气泵：离心式中压吹风机，功率：250W，转速：2800/min，风压：1300Pa，风量：8m3/min。
4、压力测量：测量范围：0-2.5MPa，精度0.5级；温度测量：测量范围:-50 - 150℃，精度0.5级。5、热球风速仪：测量风速：0.05-10m/s；转子流量计：测量范围：4-40 m3/h。6、实验管道、阀门为不锈钢和铜结构。7、框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单,操作方便。8、外形尺寸：1500×550×1700mm。数据采集型（JGKY-CR/Ⅱ）：配计算机、微机接口和数据处理软件、温度传感器、压力传感器、涡轮流量计及流量积算仪。能在线监测压力、温度、流量等实验数据。九、填料吸收实验装置 JGKY-XS/TL实验目的：1、了解填料吸收塔的结构、流程及操作方法。2、观察填料吸收塔的流体力学行为并测定在干、湿填料状态下填料层压降与空塔气速的关系。3、测定总传质系数Kya，并了解其影响因素。主要配置：吸收塔、风机、混合稳压罐、流量计、U型压差计、蓄水箱、水泵、压力仪表、温度仪表、不锈钢框架、控制屏。技术参数：1、吸收塔采用填料塔，尺寸：φ100×800mm，塔体为透明有机玻璃，便于学生观察相关实验现象2、填料：φ10×10×1mm瓷拉西环，吸收介质：二氧化碳气体，吸收剂：水。3、风机：风压≥0.04Mpa,排气量≥85 L/min。4、流量计流量：气体转子流量计两个，大流量液体转子流量计一个5、压差计：U型压差计，观察上下塔压降变化。6、压力仪表：测量范围0-2.5MPa，精度0.5级；温度仪表：测量范围-50 – 150℃，精度0.5级。7、混合稳压罐：不锈钢制作，对空气和二氧化碳气体充分混合、稳压后输出。8、框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单,操作方便。9、外形尺寸：2000×600×1700mm。数据采集型（JGKY-XCTL/Ⅱ）：配计算机、微机接口和数据处理软件、温度传感器、压差传感器、涡轮流量计及流量积算仪。能在线监测压差、温度、流量等实验数据。
十、精馏实验装置 JGKY-JL实验目的：1、熟悉精馏单元操作过程的设备与流程。2、了解板式塔结构与流体力学性能。3、掌握精馏塔的操作方法与原理。4、学习精馏塔效率的测定方法。主要配置：精馏塔、冷凝器、再沸器、温控系统、加料系统、回流系统、产品贮槽、配料槽及测量仪表、不锈钢框架、控制屏。技术参数：1、精馏塔体和塔板均采用不锈钢制作，精馏塔容积：8L；塔径：φ50mm，塔板数：13块，板间距：100mm，孔径：φ2mm，开孔率：6％。2、冷凝器换热管管径：φ12mm，壁厚：1mm,换热面积：0.0568m2。3、再沸器采用不锈钢制作，内置电加热管加热，总加热功率为2000W，分两组，各1000W。4、温控系统采用自动无级控温承担精馏塔的温度控制调节。5、加料系统：料液泵流量：0.4m3/hr,扬程：8m，功率：120W。6、塔顶馏出液的组成：90-95%，进料组成：15-35%。7、装置产量：约4L/H。8、回流系统:由两支LZB-6的液体流量计控制回流比。9、各项操作及温度、压力、流量的显示、调节、控制全在控制屏板面进行。10、框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单,操作方便操作方便,操作方便。

㈢ 　流体阻力计算

前面已提到，由于流体有粘性，因此在流动时层与层之间会产生内摩擦力，流体与管壁之间还存在外摩擦力。为了克服这种内外摩擦力就会消耗流体的能量，即称为流体的压头损失（E_损或Σh_f）。在应用柏努利方程解决有关流体流动的问题时，必须事先标出这项压头损失，即阻力。所以阻力计算就成了流体力学中的一项重要任务之一。

流体阻力的大小，除与流体的粘性大小有关外，还与流体流动型态（即流动较缓和的还是较剧烈的）、流体所通过管道或设备的壁面情况（粗糙的还是光滑的）、通过的路程及截面的大小等因素有关。

下面先研究流动型态与阻力的关系，然后再研究阻力的具体计算。

一、流体的流动型态

（一）雷诺实验和雷诺数

为了弄清什么叫流体的流动型态，首先用雷诺实验装置进行观察。如图1-10所示。

图1-10雷诺实验装置

1-墨水瓶；2-墨水开关；3-温度计；4-水箱；5-阀门；6-水槽

在实验过程中，水箱4上面由进水管不断进水，并用溢流装置保持水面稳定。大玻璃管内的水流速度的大小由阀门5来调节，在大玻璃管进口中心处插入一根与墨水瓶1相连的细小玻璃管，以便将墨水通过墨水开关2注入水流中，以观察大玻璃管内水的流动情况。水温可通过温度计3测量。

在实验开始前，首先将水箱注满水，并保持溢流。实验开始时，略微开启阀门5，使水在大玻璃管内以很慢的速度向下流动，然后开启墨水开关2，随后逐渐打开阀门5以增大管内流速。在实验过程中可以看到，当管内的水流速度不大时，墨水在管内沿着轴线方向成一条直线而流动，像似一条拉紧的弦线，如图1-11a所示。这表示，此时由于大玻璃管内水的质点之间互不混杂，水流沿着管轴线作平行而有规则的流动，这种流动型态称为层流。

当管内流速增大时，墨水线不再保持成直线流动，线条开始波动而成波浪式流动，如图1-11b所示。若此时继续增大管内流速而达到某一定值时，这条墨线很快便与水流主体混合在一起，整个管内水流均染上了颜色，如图1-11c所示。这表明，水的质点不仅沿着玻璃管轴线方向流动，而且在截面上作径向无规则的脉动，引起质点之间互相剧烈地交换位置，互相碰撞，这种流动型态称湍流（又称紊流）。

图1-11流体流动型态示意图

a-层流；b-过渡流；c-湍流

根据不同的流体和不同的管径所获得的实验结果表明，影响流体流动型态的因素，除了流体的流速外，还和管子的内径d、流体密度ρ和流体的粘度η有关。通过进一步分析研究，这些因素对流动情况的影响，雷诺得出结论：上述四个因素所组成的复合数群

，是判别流体流动型态的准则，这个数群就称为雷诺数，用符号Re表示。

若将组成Re数的四个物理量的因次代入数群，则Re数的因次为

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即：Re数是一个无因次数群。组成此数群的各物理量，必须用一致的单位表示。因此，只要所用的单位一致，对任何单位制都可得到同一个数值。根据大量的实验得知，Re≤2000时，流动型态为层流；当Re≥4000时，流动型态为湍流；而在2000＜Re＜4000范围内时，流动型态不稳定，可能是层流，也可能是湍流，或是两者交替出现，与外界干扰情况有关。例如周围振动及管道入口处等都易出现湍流。这一范围称为过渡流。

例1-4有一根内径为300mm的输水管道，水的流速为2m/s，已知水温为18℃，试判别管内水的流动型态。

解：计算Re值进行判断

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已知：d＝300mm＝0.3m

v＝2m/s

水在18℃的密度ρ≈1000kg/m³，水的粘度η＝1.0559cP＝1.0559×10^-3Pa·s将以上各值代入Re的算式得

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此时Re＞4000，故水在管内的流动型态为湍流。

（二）流体在圆管中的速度分布

流体速度的分布是表示流体通过管道截面时，在截面上各点流体速度大小的状况，它可以更具体地反映层流和湍流两种不同流动型态的本质。

层流时，流体的质点是沿着与管道中心线平行的方向流动的。在管道截面上，从中心至管壁，流动是作层与层的相对流动，在管道壁面上流体的速度等于零；愈向管道中心，流体层的速度愈大，直到管道中心线上速度达到最大。如果测得管道截面直径上各点的流体速度，并将其进行标绘，可得一条抛物线的包络曲线，如图1-12所示。此时管道截面上流体的平均速度v为管道中心线上流体最大速度v_max的一半，即

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湍流时，流体中充满着各种大小的旋涡，流体质点除了沿管道轴线方向流动外，在管道截面上，流体质点的运动方向和速度大小随时在变化，但是，管内流体是在稳定情况下流动，对整个管道截面来说，流体的平均速度是不变的。

图1-12层流时流体在圆管中的速度分布

图1-13湍流时流体在圆管中的速度分布

若将截面上各点速度进行绘制，可得湍流时的速度分布包络曲线，如图1-13所示。此曲线近似于梯形平面的轮廓线，与图1-12所示的层流时速度分布曲线比较，在管道中心线四周区域内，湍流时速度的分布比较均匀。这是因为流体质点在截面上作横向脉动之故。如果流体湍流程度愈剧烈，即雷诺数Re愈大，则速度分布曲线顶部的区域愈广阔而平坦。

湍流时，管道截面上的流体的平均速度v为管道中心线上流体最大速度v_max的0.8倍左右，即：

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由图1-13所示的湍流时的速度分布曲线中可以看出，在靠近管壁的区域，流体的速度骤然下降，直到管壁上的速度等于零为止。在这个区域内，流体的速度梯度最大，速度分布曲线的形状与层流时很相似。虽然对整个管道截面来讲，流体流动型态属于湍流，但是，因受到管壁上速度等于零的流体层阻碍的影响，使得在管壁附近的流体流动受到约束，不像管中心附近部分的流体质点那样活跃。如果用墨水注入紧靠管壁附近的流体层中时，可以发现有直线流动的墨水细流。由此证明，即使在湍流时，在靠近管壁区域的流体仍作层流流动。这一作层流流动的流体薄层，称为层流底层或层流内层。在湍流主体与层流内层之间的过渡区域，称为过渡层，如图1-14所示。

层流内层的厚度与雷诺数Re大小有关，Re数愈大，则层流内层的厚度愈薄，但不会等于零。

层流内层的厚度虽然极薄，但由于在层流内层中，流体质点是作直线流动，质点间互不混合。所以要在流体中进行热量和质量的传递时，通过层流内层的阻力，将比在流体的湍流主体部分要大得多。因此，要提高传热或传质的速率，必须设法减少层流内层的厚度。

上面介绍的流体速度分布曲线是在管道的平直部分测得的，而且流体的流动情况必须在稳定和等温（即整个管道横截面上流体的温度是相同的）的条件下，因为流体的流动方向、温度和截面的变化，都会影响速度分布曲线的形状和比例。

图1-14湍流时管道中流体层的分布情况

CB-层流内层；BA-过渡层；AO-湍流主体

二、流体阻力的计算

流体在管路中流动时的阻力可分成直管阻力与局部阻力两类。直管阻力是由于流体的粘性和流体质点之间的互相碰撞以及流体与管壁之间所产生的摩擦阻力所致。局部阻力是指流体通过管路中的管件（如三通、弯头、接头、变径接头等）、阀件、管子的出入口等局部障碍而引起流速的大小或方向突然改变而产生的阻力。

管路中的流体阻力就为上述两类阻力之和。即：

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式中∑h_f——管路的总阻力，或者说流体克服管路阻力而损失的压头；

h_p——管路中的直管阻力，或者说流体克服直管阻力而损失的压头；

h_e——管路中的局部阻力，或者说流体克服局部阻力而损失的压头。

（一）直管阻力的计算

根据实验，直管阻力可用下式计算

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式中l——直管的长度（m）；

d——直管的内径（m）；

v——流体在管内的流速（m/s）；

g——重力加速度（m/s²）（g＝9.81m/s²）；

μ—摩擦系数。

摩擦系数μ的单位为1，它是雷诺数Re和管壁粗糙度的函数，其值由μ-Re的曲线图查出（见图1-15所示）。

图1-15是根据一系列实验数据整理绘制而成的曲线。应该注意的是，此图的坐标不是采用等分刻度的普通坐标，而是采用双对数坐标（即纵坐标和横坐标都是对数坐标）。

由图1-15可见，在湍流区域内，管壁的粗糙度对摩擦系数有显著影响，管壁粗糙度愈大，其影响亦愈大。图中的每一条曲线（除层流外）都注出其管壁相对粗糙度

不同的数值。各种管子的绝对粗糙度ε（即管壁凸出或凹入部分的平均高度或深度，其值可从表1-2查出）和管径d之比值

，称为相对粗糙度。

从图1-15可以看出：

（1）当Re＜2000时，属层流流动区域。此时不论光滑管或粗糙管，图中只有一条直线。这就说明摩擦系数μ与管壁粗糙度无关，仅与雷诺数Re有关。即：

图1-15摩擦系数与雷诺数及相对粗糙度的关系

表1-2工业管道的绝对粗糙度

μ＝f（Re）

经验方程为（对圆管而言）

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（2）当Re≥4000时，属湍流流动区域。当湍流程度不大时，即图中虚线以左下方的湍流区，μ不仅与Re有关，而且与管壁相对粗糙度

有关，即：

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这就是说，μ值要根据管子的粗糙度

和流体在管内的Re数才能在图中查出。

当湍流程度达到极度湍流时，即图中虚线的右上方湍流区，各条曲线都与横坐座标平行，这说明μ仅与

值有关，而与Re数大小无关。即：

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对于相对粗糙度

的管子来说，当Re＞10⁵（即达到极度湍流区）时，μ就为一定值，即

μ＝0.034

（3）当2000＜Re＜4000时，属过渡流区域。在此区域内，层流和湍流的μ-Re曲线都可以用，但做于阻力计算时，为安全起见，通常都是将湍流时的曲线延伸出去，用来查取这个区域的摩擦系数μ值。

从图1-15求出的摩擦系数μ，是等温下的数值。如果流动过程中液体温度有变化，实验结果指出，若液体在管中流动而被加热时，其摩擦系数减少；被冷却时，则增大。因此，当层流时，应按下法计算：

先用液体平均温度下的物理量η、ρ求出Re数，后把从图中查得的μ值除以1.1

以作校正。此处的η为液体在其平均温度下的粘度，η_w为液体在平均管壁温度下的粘度。

当湍流时，温度对摩擦系数μ的影响不大，通常可忽略不计。对温度变化情况下流动的气体，在湍流时，其摩擦系数几乎不受变温的影响；在层流时，则受到一定程度的影响。

（二）局部阻力的计算

局部阻力的计算，通常采用两种方法：一种是当量长度法；另一种是阻力系数法。

1.当量长度法

流体通过某一管件或阀门等时，因局部阻力而造成的压头损失，相当于流体通过与其具有相同管径的若干米长度的直管的压头损失，这个直管长度称为当量长度，用符号l。表示。这样，可用直管阻力公式来计算局部阻力的压头损失，并且在管路阻力的计算时，可将管路中的直管段长度和管件及阀门等的当量长度合并在一起计算。即：

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式中，Σl_e为管路中各种局部阻力的当量长度之和。

其他符号的意义和单位同前。

各种管件、阀门及其他局部障碍的当量长度l。的数值由实验测定，通常以管径的倍数n（又称当量系数）来表示，如表1-3所示。例如闸阀在全开时的n值，查表1-3得7，若这闸阀是装在管径为100mm的管路中，则它的当量长度为：

表1-3局部阻力当量长度

l_e＝7d＝7×100mm＝700mm＝0.7m

2.阻力系数法

流体通过某一管件或阀门等的压头损失用流体在管路中的速度的倍数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法。即：

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式中，ρ为比例系数，称为阻力系数，其值由实验测出（对一些常见的管件、阀门等的局部阻力系数可查表1-4得到）。

其他的符号意义和单位同前。

表1-4湍流时流体通过各种管件和阀门等的阻力系数

注：计算突然缩小或突然扩大时的损失压头时，其流体的速度取较小管内的流速来计算。

上面列出的当量长度和阻力系数的数值在各专业书中有时略有差异，这是由于这些管件、阀门加工情况和测量压力损失的装置等不同所致。

三、管路总阻力的计算

管路的总阻力为各段沿程阻力与各个局部阻力的总和，即流体流过该管路的损失压头，即h_损＝∑h_直＋Σh_局，如整个管路的直径d不变，则用当量长度法时

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用阻力系数法时

非金属矿产加工机械设备

当量长度法考虑了μ值的变化，而阻力系数法取μ为常数，因此，前一种方法比较符合实际情况，且便于把沿程阻力与局部阻力合并计算，所以常用于实际设计中。下面举例说明。

例1-5密度为1.1g/cm³的水溶液由一个贮槽流入另一个贮槽，管路由长20mφ114mm×4mm直钢管和一个全开的闸阀，以及2个90°标准弯头所组成。溶液在管内的流速为1m/s，粘度为0.001N·s/m²。求总损失压头h_损。

解：已知ρ＝1.1×1000＝1100（kg/m³）

v＝1m/s

d＝114mm-2×4mm＝106mm＝0.106m

η＝0.001N·s/m²＝10^-3N·s/m²

l＝20m

得

查μ-Re曲线得μ＝0.021

1.用阻力系数法计算局部阻力先计算∑ζ

由贮槽流入管口ζ＝0.5

2个90。标准弯头2ζ＝2×0.75＝1.5

一个（全开）闸阀ζ＝0.17

由管口流入贮槽ζ＝1

∑ζ＝0.5+1.5+0.17+1＝3.17

所以损失压头

非金属矿产加工机械设备

2.用当量长度法计算局部阻力

计算∑l_e，由当量长度表查出l_e/d

贮槽流入管口l_e/d＝20l_e＝20d

2个90°标准弯头l_e/d＝402l_e＝80d

一个闸阀（全开）l_e/d＝7l_e＝7d

管口流入贮槽l_e/d＝40l_e＝40d

Σl_e＝20d+80d+7d+40d＝147d

所以损失压头

非金属矿产加工机械设备

由管路阻力计算式可知，管路对流体阻力的影响是很大的。因为

，即v²＝

将v²值代入管路阻力计算式，得

非金属矿产加工机械设备

上式表明，在qv,s和管路总长度已定时，若忽略μ随d增大而减少的影响，管路阻力近似地与管径d的五次方成反比。例如管径d增一倍，则损失压头可减为原损失压头的1/32。所以适当增大管径，是减少损失压头的有效措施。

㈣ 去参观科技馆，老师让写实验报告，流体阻力这里不懂，哪位能给我讲讲这个实验吗

就是外体呈流线型，就像图上那样，这样可以大大减少阻力，凤的阻力，水的阻力啊什么的

㈤ 如何控制流量使实验点在λ-re图上分布的比较均匀

流量计校核实验过程一、文丘里流量计（一）实验目的 1、找出文丘里流量计的流量和压差之间的关系曲线。 2、测定文丘里流量计的流量系数。（二）基本原理 根据柏努利原理，流量与文氏流量计前后的压差有如下关系： （4-14）式中： —体积流量m3\/s； —文氏管喉颈截面积，m2； Cv —文丘里流量计流量系数，无因次； R —U形压差计的读数，m； —压差计内指示液密度，kg\/m3。—流体密度。kg\/m3。但是，流量系数的数值，往往要受到文氏计的结构和加工精度，以及流体性质、温度、压力的影响。因此，在现场使用这类数量计之前往往需要对流量计进行校正，即测定不同流量下的压差计读数，直接绘成曲线，或求得CV与Re之间关系曲线（流量系数CV在喉径与管径之比一定时随Re数而变，其值由实验测得），以备使用时查校。（三）实验装置实验装置及流程如图4-12所示，文氏流量计装在φ34×3mm不锈钢管上，为了保证正常测量条件，流量计前、后必须有足够长的直管段，其长度应使流体流过管件产生的涡流全部消失（具体安装尺寸应查规定）。文氏计的压差用U形压差计测量，压差计上部装有放气夹和平衡夹，放气夹用以排出测压管中积存的空气，平衡夹用以平衡压差计两臂的压力，防止冲走水银，实验用水，由泵从水箱输入管路，由计量槽计量流量，然后放回水箱，循环使用，水温由温度计测量。图4-12 流量计实验装置流程图1、入口阀；2、文氏计；3、排水管；4、计量槽；5、液面计；6、排水阀；7、U形水银压差计；8、平衡夹；9、放气夹。（四）实验方法 1、熟悉实验装置及流程，观察压差计测压导管与文氏计测压接头的连接，打开平衡夹和放气夹。 2、打开管道进口阀，排除管道中的气体，逐渐关小出口阀，使管道处于正压，让水经测压导管由放气管流出，以排出测压系统中的空气，待空气排净后，先关闭U形压差计上部的放气夹，然后关闭平衡夹。 3、关闭出口阀门，检查压差计左右两臂读数是否相等，否则，表明测压系统中有空气积存，需要重新排气。 4、在进口阀全开的条件下，用出口阀调节流量进行实验，由小流量到大流量或反之，记取8~10组数据，水的体积流量可根据计量槽中水量的增长和相应时间确定。 5、做完实验后，将出口阀关闭，检查压差计读数是否为零，若不为零应分析原因，并考虑是否要重做。 6、最后，将进口阀门关闭。松开压差计上部平衡夹和放气夹。（五）数据处理 1、在双对数坐标纸上，用流量 对压差计数R作图，确定流量与压差之关系。 2、根据实验数据，计算流量系数Cv和对应点的Re数，在双对数坐标纸上标绘CV-Re数之间的关系。（六）讨论 1、试分析流量系数与哪些因素有关？ 2、在你所绘制的 ~R图中，所得直线斜率是多少？理论上斜率应是多少？ 二、孔板流量计（一）实验目的 1、找出孔板流量计的流量和压差计读数之间的关系曲线。 2、测定孔板测量计的孔流系数，并给出C0~Re的关系曲线。（二）基本原理 根据柏努利原理，流量与孔板流量计前后的压差有如下关系： （4-15）式中 —体积流量，m3\/s； —孔板流量计的孔流系数，无因次； —孔口面积，m2； R —U形压关计的读数，m; —压差计内指标液密度，kg\/m3； — 被测流体密度，kg\/m3； 孔流系数的数值，往往要受到流量计本身的结构和加式精度，以及流体性质、温度、压力等因素的影响，因此在现场使用这类流量计往往需对流量计进行校核，即测定不同流量下的压差计读数，直接绘成曲线，或求得Co与Re之间的关系曲线，以备使用时查校。（三）实验装置实验装置及流程如图4-13所示，水从水箱经离心泵，经出口阀（调节流量用），再经过孔板流量计，最后由活动摆头控制，流入计量槽，流量计量结束后，放回水箱，孔板流量计的孔径为24.33mm，管道采用1 聚丙烯塑料管（内径36.26mm），水温由温度计测量。图4-13 流量计校核及流体阻力实验流程图1.离心泵 2.出口阀 3.孔板流量计 4.U形压差计5.倒U形压差计 6.计量槽 7.水箱 8.活动摆头 图中所画倒U形压差计8乃系流体阻力实验所用，本实验可不考虑，阀A、B、C、D与本实验无关，均关闭。 本实验设备使用时应注意以下事项： 1、水箱：实验前应将水箱充满水，以备循环使用，如水温变化不大，可不必换水。 2、离心泵：①离心泵启动前，一般要灌水排气，本设备因为水泵位置比水箱液面低，水会自动流入泵内，故可省去这一操作。 ②离心泵必须在出口阀关闭情况下启动，这样可以防止因启动电流太大烧毁马达，也可以防止因启动时水流冲击过大将压差计中的水银冲跑 ③启动前应检查水泵是否转动灵活，注意勿使人接触电机或水泵，合闸时，动作要坚决，避免接触不好。 ④启动后应观察水泵压力表指针是否转动，如仍在零点，应停车检查，如果一切正常，可缓缓打开出口阀，不使水泵长时间在出口阀关闭下运转。⑤停车时，应先关出口阀，然后拉开电闸。图4-14 U型管示意图 3、U形压差计：构造如图4-14所示，使用时要先充好水银（约至管高一半处）及水，不得夹有气泡，否则会影响压力传递，导致误差。故必须进行排气操作，排气的方法是，先开动水泵，打开U形管顶上的两个小考克，待气泡随水流一齐流出，至水流均匀，无气泡夹带即可。 如果打开考克，无水排出，或还吸气进去，表示测压点负压，可增大主管内的流速，即能出现正压排水，压差计读数时要力求准确，一般在水流稳定后才读数，如果液面波动，应读取平均值，读时应以水银凸出面为准，读取U形管中液面差值R后按下式计算： N\/m2 （4-16）（四）实验方法 1、关闭出口阀，启动离心泵。 2、排气：将设备中各管路上的阀门、放气咀，压差计平衡阀等全部打开，然后将出口阀开到最大，以排出设备中的积存空气，直至测压连接管（玻璃管）内无气泡时为止，然后，关闭出口阀，检查空气是否排尽，若此时关闭水银……水U管压差计的平衡夹，U管压差计读数零时，表示空气已经排尽，否则，要重新排气。 3、用出口阀调节流量进行实验，由小流量到大流量或反之，记取8~10组数据，水的体积可根据计量槽中水量的增加和相应的时间确定的。 4、作完实验后，将出口阀关闭，检查压差计读数是否为零，若不为零应分析原因，并考虑是否要重做。（五）数据处理 1、在双对数坐标纸上，用流量V对压差计读数R作图，确定流量与压差之间的关系。 2、根据实验数据，计算孔流系数Co的对应点的Re数，以双对数坐标纸上标绘Co~Re的关系。（六）讨论 1、试分析孔流系数与哪些因素有关？ 2、把你所绘Co~Re图与教材中相比较，是否一致？若不一致，找出原因

㈥ 流体流动阻力的测定

实验名称：流体流动阻力的测定

一、实验目的及任务：

1. 掌握测定流体流动阻力实验的一般方法。

2. 测定直管的摩擦阻力系数及突然扩大管的局部阻力系数。

3. 验证湍流区内摩擦阻力系数为雷诺数和相对粗糙度的函数。

4. 将所得光滑管的方程与Blasius方程相比较。

二、实验原理：

流体输送的管路由直管和阀门、弯头、流量计等部件组成。由于粘性和涡流作用，流体在输送过程中会有机械能损失。这些能量损失包括流体流经直管时的直管阻力和流经管道部件时的局部阻力，统称为流体流动阻力。

1. 根据机械能衡算方程，测量不可压缩流体直管或局部的阻力



如果管道无变径，没有外加能量，无论水平或倾斜放置，上式可简化为：



Δp为截面1到2之间直管段的虚拟压强差，即单位体积流体的总势能差，通过压差传感器直接测量得到。

2. 流体流动阻力与流体性质、流道的几何尺寸以及流动状态有关，可表示为：



由量纲分析可以得到四个无量纲数群：

欧拉数，雷诺数，相对粗糙度和长径比

从而有



取，可得摩擦系数与阻力损失之间的关系：



从而得到实验中摩擦系数的计算式



当流体在管径为d的圆形管中流动时，选取两个截面，用压差传感器测出两个截面的静压差，即可求出流体的流动阻力。根据伯努利方程摩擦系数与静压差的关系，可以求出摩擦系数。改变流速可测得不同Re下的λ，可以求出某一相对粗糙度下的λ-Re关系。

㈦ 流体流动阻力的测定实验

流动阻力的测定时，测量值与测压孔的大小无关，与测压管的粗细和长短无关。压回力传播到传感器的感应答面是压力波的形式，感受的是压强因此跟测压孔的大小和测压管的粗细无关。水中声波的速度为1440m\s,因此一般几米的测压管测量值的延迟是可以忽略的。如果关心摩擦阻力的话，测量值与测量位置是相关的，下游的压力会比上游压力值小。如果局部损失相比摩擦阻力大一个量级，测量位置引起的摩擦阻力可以忽略，测压孔位置在哪里也就无所谓了。
关键是测量的压力一定是动压，而不是停滞压力（总压）。
第二个问题没看明白。

㈧ 流体流动阻力的测定实验为什么要测流体的温度

一、实验目的
1、掌握流体阻力及一定管径和管壁粗糙度下摩擦系数λ的测定方法
2、掌握测定局部阻力系数ζ的方法
3、掌握摩擦系数λ与雷诺数Re之间的关系及工程意义
二、实验原理
流体阻力产生的根源是流体具有粘性，流动时存在内摩擦。而壁面的形状则促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件，流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。流动阻力可分为直管阻力和局部阻力。
流体在流动过程中要消耗能量以克服流动阻力，因此，流动阻力的测定颇为重要。测定流体阻力的基本原理如图所示，水从贮槽由离心泵输入管道，经流量计计量后回到水槽，循环利用。改变流量并测定直管与管件的相应压差，即可测得流体流动阻力。
1.直管阻力摩擦系数λ的测定
直管阻力是流体流经直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力损失hf 。对于等直径水平直管段，根据两测压点间的柏努利方程有：

（1）
式中：l ，直管长度，m
d ，管内径，m
（P1 - P2），流体流经直管的压强降，Pa
u ，流体截面平均流速，m/s
ρ，流体密度，kg/m3
μ，流体粘度，PaS
由式（1）可知，欲测定λ，需知道l、d、（P1 - P2）、u、ρ、μ等。
（1）若测得流体温度，则可查得流体的ρ、μ值。
（2）若测得流量，则由管径可计算流速u。
（3）两测压点间的压降（P1 -P2），可用U型压差计测定。此时：
（2）
式中：R，U型压差计中水银柱的高度差，m
则：
（3）
2.局部阻力系数ζ的测定
局部阻力主要是由于流体流经管路中管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部位置时所引起的阻力损失，在局部阻力件左右两侧的测压点间列柏努利方程有：
（4）
即
式中：ζ，局部阻力系数
   P1′- P2′，局部阻力压强降，Pa
式（4）中ρ、u、P1′- P2′等的测定同直管阻力测定方法。
三、实验操作步骤
1、了解实验装置，熟悉实验各装置的作用和原理。
2、进一步熟悉离心泵的操作。
3、检查水槽水量是否够用，必要时应为水槽加水；如实验时间稍长，水槽水量不够，可以向水槽加自来水，水位过高时即从溢流口流入地沟，便可保证水槽的水量。
4、开始实验前先灌泵，避免在空载状态下开车。打开电源开关，关闭泵出口阀，打开泵电源开关。打开连通阀，将泵出口阀打至最大，等待几分钟后关闭出口阀，反复开关管子上部的排气阀对管子进行排气。
5、在连通阀打开的情况下将排空阀开关几次对测压管进行排气。关闭连通阀再开排空阀几次对压差计调零。
6、将流量由小逐渐加大，流量每变一次需等待几分钟到压差计内读数稳定，记录下U型管的液柱高度差。
7、流量在增加过程中，其流速开始时增加的间隔较为缓慢，一般为10L/h。当流量增大到150L/h 后，便以50L/h 的流速来增加。
8、在实验过程中，U型管液柱高度差应当是逐步增加的，如果不符合这一规律，应当从流量为最大值时开始，逆向操作（即逐步减少流量），直至流量为零为止。此时，U型管液柱高度差应当是逐步减少的。
9、如果实验结果符合正常实验规律，即可终止实验。先关闭水的出口阀，再停泵，最后关闭电源开关；
10、局部阻力系数的测定与直管阻力的测定方法一样，只是通过转向阀使液体流入弯管。
11、打扫实验室卫生，整理好原始记录，交实验指导老师签字后再离开实验室。
四、实验注意事项与设备的维护保养
1、装置配备的U型管压差计内的指示液为水，20℃时密度为998.2kg/m3。
2、本装置的直管为垂直安装，与U型管压差计相连的两测压点垂直距离为1054mm,直管内径为15mm，绝对粗糙度ε＝0.2mm；
直管垂直安装，测压点测量的应为两截面间的势能差，包括了两者的代数和为ΣΔP＝（P2－P1）＋ρgΔZ。显然，ΔPS＝ΣHf＝λLρu2/(2d)，ρgΔZ则应为常数，且当u＝0时，ΔPS＝ΣHf＝0，ΣΔP取最大值,即ρgΔZ（此值可通过实验测定）。因此，实际的直管阻力ΣHf＝ρgΔZ－ΣΔP。本实验装置的数据还可以用于验证层流条件下λ与Re数的关系。
3、设备的维修主要是料液泵，具体要求请参照泵的使用说明书和有关的电机手册；
4、设备使用一段时间后，如果管道连接件泄漏，可用维修的活动扳手禁锢连接螺母；
5、加密封生料带之后再紧锢，还不行，则必须更换管道接头或管道；
6、注意实验过程中切勿捕捉测量点，只能从大到小测，或从小到大有规律的测，若少测了数据则需重新开始实验。不能将流量打回所需测的数值另读一组数据。否则数据将有很大的偏离。
五、实验结果处理与要求
1、根据实验所测项目，设计原始数据记录表格。
2、验证层流时λ～Re的关系。
3、湍流时，流量由小（大）到大（小）测8～10组数据，计算λ、ζ、Re值。
4、在双对数坐标纸上绘出λ～Re曲线，并与书上λ～Re比较是否相符？
5、局部阻力原始记录表格与下表一致。