文档介绍：北 京 化 工
化工原理实
大 学验 报 告
实验名称： 流体阻力实验
班
级：
化工 1305 班
姓
名：
张玮航
学
号：
序
号： 11
同组人：
宋雅楠、陈一帆、陈骏
设备型号：
流体阻力
- 泵联合实验装置
UPRSⅢ型 -
第
4 套
实验日期：
2015-11-27
一、实验摘要
首先，本实验使用 UPRSⅢ型第 4 套实验设备，通过测量不同流速下水流经
不锈钢管、镀锌管、层流管、突扩管、阀门的压头损失来测定不同管路、局部件
的雷诺数与摩擦系数曲线。 确定了摩擦系数和局部阻力系数的变化规律和影响因
素，验证在湍流区内 λ 与雷诺数 Re和相对粗糙度的函数。 该实验结果可为管路
实际应用和工艺设计提供重要的参考。
结果，从实验数据分析可知，光滑管、粗糙管的摩擦阻力系数随 Re 增大而
减小，并且光滑管的摩擦阻力系数较好地满足 Blasuis 关系式： 。
突然扩大管的局部阻力系数随 Re的变化而变化。
关键词：摩擦系数，局部阻力系数，雷诺数，相对粗糙度
二、实验目的
1、掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法：
①测量湍流直管的阻力，确定摩擦阻力系数。
②测量湍流局部管道的阻力，确定摩擦阻力系数。
③测量层流直管的阻力，确定摩擦阻力系数。
2、验证在湍流区内摩擦阻力系数 λ 与雷诺数 Re以及相对粗糙度的关系。
3、将实验所得光滑管的 λ -Re 曲线关系与 Blasius 方程相比较。
三、实验原理
1、 直管阻力
不可压缩流体在圆形直管中做稳定流动时， 由于黏性和涡流的作用会产生摩
擦阻力（即直管阻力） ；流体在流过突然扩大、弯头等管件时，由于流体运动的
速度和方向突然变化， 会产生局部阻力。 由于分子的流动过程的运动机理十分复
杂，目前不能用理论方法来解决流体阻力的运算问题， 必须通过实验研究来掌握
其规律。为了减少实验的工作量、 化简工作难度、 同时使实验的结果具有普遍的
应用意义，应采用基于实验基础的量纲分析法来对直管阻力进行测量。
利用量纲分析的方法，结合实际工作经验，流体流动阻力与流体的性质、流
体流经处的几何尺寸、流体的运动状态有关。可表示为：
p f d, l ,
,
, , u
。
通过一系列的数学过程推导，引入以下几个无量纲数群：
Re
du
l
①雷诺数：
；②相对粗糙度：
d ；③长径比：
d
整理得到：
p
du
l
u
2
, ,
d d
Re,
p
l
u2
Re,
其中，令：
d
为直管阻力系数，则有
d
d 2 。
阻力系数与压头损失之间的关系可通过实验测得，上式改写为：
pl
u2
H f
d
2
（1）
（式中 H f ——直管阻力 (J/kg)
， l ——被测管长 (m) ， d ——被测管内径
， u —平均流速 (m/s) ， —直管中的摩擦阻力系数。 ）
根据机械能衡算方程，实验测量
H f ：
p
u
2
g z
2
H e
（ 2）
对于水平无变径直管道，结合式（
1）与式（ 2）可得摩擦系数：
2d
p
l
u2
测量
当流体在管径为 d 的圆形管中流动时选取两个截面，用 U 形压差计测出
这两个截面的压强差， 即为流体流过两截面间的流动阻力。 通过改变流速可测出
不同 Re下的摩擦阻力系数，这样便能得到某一相对粗糙度下的 Re 关系。
其中，经过大量实验后人们发现：
1、层流圆直管（ Re<2000）：λ =φ（ Re）即 λ=64/Re
2、湍流水力学光滑管（ Re>4000）：λ =
3 、 湍 流 普 通 直 管 （ 4000<Re<临 界 点 ）： λ=φ （ Re,ε/d ） 即