流体流动阻力的测定

流体流动阻力的测定第一页，共二十六页，2022年，8月28日1.1

实验内容测定流体在特定材质和粗糙度的直管中流动的阻力摩擦系数λ，并确定λ和Re之间的关系；测定流体通过阀门或弯头时的局部阻力系数。第二页，共二十六页，2022年，8月28日1.2

实验原理由于流体粘性的存在，流体在流动的过程中会发生流体间的摩擦，从而导致阻力损失。层流时阻力损失的计算式是由理论推导得到的；湍流时由于情况复杂得多，未能得出理论式，但可以通过实验研究，获得经验的计算式。第三页，共二十六页，2022年，8月28日

1.2.1寻找影响过程的主要因素

（1）问题的提出

hf=f(d,u,ρ,μ,l,ε)

若每个自变量的数值依次变化10次，而其它自变量保持不变，测取hf

的值。6个自变量，根据正交网络法规划，实验次数将达106

。

第四页，共二十六页，2022年，8月28日（2）能否减少实验次数

量纲分析法是通过将变量组合成无量纲数群，从而研究无量纲数群之间的关系，大大减少实验自变量的个数，大幅度地减少实验次数。第五页，共二十六页，2022年，8月28日基本物理量、导出物理量量纲：是物理量（测量）单位的种类。基本量纲：基本物理量的量纲。如，在流体力学中，[L]、[M]、[T]。导出量纲：由基本量纲经公式推导而出，称为导出量纲。无量纲准数：又称无量纲数群，由若干个物理量组合得到一个复合物理量，其量纲的指数为零。(3)几个基本概念第六页，共二十六页，2022年，8月28日1.2.2简化工程处理方法

(1)π定理在物理方程量纲一致性的条件下，任何一个方程都可化为无量纲方程；无量纲方程的变量总数=（原方程变量总数－基本量纲数）。原方程变量总数：7个基本量纲数：3个[L]、[M]、[T]无量纲数群的个数π=7-3=4个hf=f(d,u,ρ,μ,l,ε)

第七页，共二十六页，2022年，8月28日1.2.3量纲分析法规划实验由π定理：

hf=f(d,u,ρ,μ,l,ε)→π4=f（π1

，π2，π3

）

d--[L]u--[LT-1]ρ–[ML-3]μ--[ML-1T-1]ε--[L]hf--[L2T-2]第八页，共二十六页，2022年，8月28日π1=π2=π3=π4=具体推导见课本24页第九页，共二十六页，2022年，8月28日由量纲分析法可将对下式的研究转化成对无量纲数群之间关系的研究hf=f(d,u,ρ,μ,l,ε)→π4=f（π1

，π2

，π3

）

即：第十页，共二十六页，2022年，8月28日

从而，实验工作量大大降低。

实验次数将从106

次实验→103次实验，

实验次数又将从次实验→次实验若实验设备是水平直管：成正比与dlhf/→第十一页，共二十六页，2022年，8月28日1.2.4量纲分析法优点：由此及彼，由小见大。即：只要无量纲数群的值相等，阻力系数λ相等。

不是万能的:(1)降低的工作量有限无量纲方程的变量总数＝原方程变量总数－基本量纲数

4＝7－3(2)必须对研究的过程有足够的了解（多一个变量或少一个变量都不行）第十二页，共二十六页，2022年，8月28日

实验操作变量：流量—阀门开度—流速u—流量计：2个压差计

ρ

：温度计配上泵、变频器、水槽、管路、阀门、管件组合成如下实验流程图对于1.2.5实验规划方法第十三页，共二十六页，2022年，8月28日1.3实验流程图第十四页，共二十六页，2022年，8月28日

差压变送器工作原理

来自双侧导压管的差压直接作用于变送器传感器双侧隔离膜片上，通过膜片内的密封液传导至测量元件上，测量元件将测得的差压信号转换为与之对应的电信号传递给转换器，从而以标准电信号输出。第十五页，共二十六页，2022年，8月28日平时两个平衡阀都是打开，只有测量是关闭第十六页，共二十六页，2022年，8月28日

1.4实验步骤(1)打开两个平衡阀、四个引压阀，关闭出口阀，启动泵。(2)排气顺序如下：

a.总管排气将出口控制阀“打开—关闭”重复三次后，再打开总管排气阀“打开—关闭”重复三次；

b.引压管排气分别打开四个压差计排气阀“打开—关闭”重复三次；

c.压差计排气关闭两个平衡阀，分别打开四个压差计排气阀，“打开—关闭”重复三次；第十七页，共二十六页，2022年，8月28日

(3)检验气体是否排净:

读取压差计的读数读取流量计的读数第十八页，共二十六页，2022年，8月28日(4)实验布点:大流量少布点，小流量多布点。（为什么？）(5)实验顺序:从大流量开始做到小流量。第十九页，共二十六页，2022年，8月28日1.5原始数据记录

1.5.1一次性原始数据记录

L=d直=d局=t水=

第二十页，共二十六页，2022年，8月28日1.5.2原始数据表序流量光滑管压差弯头压差流量粗糙管压差阀门压差号l/sKPaKPal/sKPaKPa1 2 3 4 56789101112131415

第二十一页，共二十六页，2022年，8月28日几点说明：1.在双对数坐标纸上作图2.有效数字的要求按照仪表刻度读得准确值和估计值第二十二页，共二十六页，2022年，8月28日λ与Re及ε／d的关系图第二十三页，共二十六页，2022年，8月28日注意事项(1)平时两个平衡阀都是打开，只有测量是关闭。(2)大流量少布点，小流量多布点(3)从大流量开始做到小流量。

第二十四页，共二十六页，2022年，8月28日1.流体流动阻力测定1.1实验内容

1.2实验原理1.3实验流程图1.4实验注意事项1.5实验步骤