本科生实验报告
实验课程 学院名称 专业名称 学生姓名 学生学号 指导教师 实验地点 实验成绩
二〇 年 月 二〇 年 月
填写说明
1、 适用于本科生所有的实验报告（印制实验报告册除外）； 2、 专业填写为专业全称，有专业方向的用小括号标明； 3、 格式要求：
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题目（二号黑体居中）；
摘要（“摘要”二字用小二号黑体居中，隔行书写摘要的文字部分，小4号宋体）；
关键词（隔行顶格书写“关键词”三字，提炼3-5个关键词，用分号隔开，小4号黑体)； 正文部分采用三级标题；
第1章 ××(小二号黑体居中，段前0.5行)
1.1 ×××××小三号黑体×××××（段前、段后0.5行） 1.1.1小四号黑体（段前、段后0.5行）
参考文献（黑体小二号居中，段前0.5行），参考文献用五号宋体，参照《参考文献著录规则（GB/T 7714－2005）》。
实验一 管路流体阻力的测定
一、实验目的
研究管路系统中的流体流动和输送，其中重要的问题之一，是确定流体在流动过程中的能量损耗。
流体流动时的能量损耗（压头损失），主要由于管路系统中存在着各种阻力。管路中的各种阻力可分为沿程阻力（直管阻力）和局部阻力两大类。
本实验的目的，是以实验方法直接测定摩擦系数λ和局部阻力系数ζ。 二、实验原理
当不可压缩流体在圆形导管中流动时，在管路系统内任意二个截面之间列出机械能衡算方程为
2P1u1P2u2gZ1???gZ2??2?hf J?kg?1 ?1?
?2?22P1u1P2u2或 Z1???Z2??2?Hf m液柱 ?2?
?g2g?g2g式中；Z—一流体的位压头，m液柱；
P——流体的压强，Pa；
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U—一流体的平均流速，m·s
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h；—一单位质量流体因流体阻力所造成的能量损失，J·kg
Hf—一单位重量流体因流体阻力所造成的能量损失，即所谓压头损失，m 液柱；符号下标1和2分别表示上游和下游截面上的数值。 假若：（1）水作为试验物系，则水可视为不可压缩流体； （2）试验导管是按水平装置的，则Z1=Z2；
（3）试验导管的上下游截面上的横截面积相同，则u1=u2.因此（1）和（2）两式分别可简化为
P1?P2 J?kg-1 ?3??
P1?P2Hf? m水柱 ?4??ghf?由此可见，因阻力造成的能量损失（压头损失），可由管路系统的两截面之间的压力差（压头差）来测定。 当流体在圆形直管内流动时，流体因摩擦阻力所造成的能量损失（压头损失），有如下一般关系式：
P1?P2lu2hf???? ? J?kg?1 ?5?
?d22P?Plu12或 Hf????? m水柱 ?6? ?gd2g式中；d—一圆形直管的管径，m； l—一圆形直管的长度，m； λ—一摩擦系数，【无因次】。
大量实验研究表明：摩擦系数又与流体的密度ρ和粘度μ,管径d、流速u和管壁粗糙度ε有关。应用因次分析的方法，可以得出摩擦系数与雷诺数和管壁相对粗糙度ε／d存在函数关系，即
????7? ??f?Re,? d?? 通过实验测得λ和Re数据，可以在双对数坐标上标绘出实验曲线。当Re＜2000时，摩
擦系数λ与管壁粗糙度ε无关。当流体在直管中呈湍流时，λ不仅与雷诺数有关，而且与管壁相对粗糙度有关。
当流体流过管路系统时，因遇各种管件、阀门和测量仪表等而产生局部阻力，所造成的能量损失（压头损失），有如下一般关系式： h或
'fu2?? J?kg?1
2u2 H?? m液柱
2g'f式中：u—一连接管件等的直管中流体的平均流速，m· s； ζ—一局部阻力系数【无因次】。
由于造成局部阻力的原因和条件极为复杂，各种局部阻力系数的具体数值，都需要通 过实验直接测定。 三、实验装置
本实验装置主要是由循环水系统（或高位稳压水槽）、试验管路系统和高位排气水槽串联组合而成，每条测试管的测压口通过转换阀组与压差计连通。压差由一倒置U形水柱压差计显示。
孔板流量计的读数申另一倒置U形水柱压差计显示。该装置的流程如图2-1所示。
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图2-1 管路流体阻力实验装置流程
1． 循环水泵；2．光滑试验管3．粗糙试验管4．扩大与缩小试验管；5．孔板流量计；
6．阀门；7.转换阀组；8.高位排气水槽．
试验管路系统是由五条玻璃直管平行排列，经U形弯管串联连接而成。每条直管上 分别配置光滑管、粗糙管、骤然扩大与缩小管、阀门和孔板流量计。每根试验管测试段长 度月两测压口距离均为 0.6m。流程图中标出符号 G和 D分别表示上游测压口（高压侧） 和下游测压口 低压侧）。测压口位置的配置，以保证上游测压口距U形弯管接口的距离，以及下游测压口距造成局部阻力处的距离，均大于50倍管径。作为试验用水，用循环水泵或直接用自来水由循环水槽送入试验管路系统，由下而上依次流经各种流体阻力试验管，最后流人高位排气水槽。由高位排气水槽溢流出来的水，返回循环水槽。水在试验管路中的流速，通过调节阀加以调节。流量由试验管路中的孔板流量计测量，并由压差计显示该数。 四、实验方法
实验前准备工作须按如下步骤顺序进行操作：
（1）先将水灌满循环水槽，然后关闭试验导管入口的调节阀，再启动循环水泵。待泵运转正常后，先将试验导管中的旋塞阀全部打开，并关闭转换阀组中的全部旋塞，然后缓慢 开启试验导管的入口调节阀。当水流满整个试验导管，并在高位排气水槽中有溢流水排出 时，关闭调节阀，停泵。
（2）检查循环水槽中的水位，一般需要再补充些水，防止水面低于泵吸入口。 （3）逐一检查并排除试验导管和联接管线中可能存在的空气泡。排除空气泡的方法是，先将转换阀组中被检一组测压口旋塞打开，然后打开倒置U形水柱压差计顶部的放空阀，直至排尽空气泡再关闭放空阀。必要时可在流体流动状态下，按上述方法排除空气泡。
（4）调节倒置U形压差计的水柱高度。先将转换阀组上的旋塞全部关闭，然后打开压差计顶部放空阀，再缓慢开启转换阀组中的放空阀，这时压差计中液面徐徐下降。当压差计中的水柱高度居于标尺中间部位时，关闭转换阀组中的放空阀。为了便于观察，在临实验前，可由压差计项部的放空处，滴入几滴红墨水，将压差计水柱染红。 （5）在高位排气水槽中悬挂一支温度计，用以测量水的温度。 （6）实验前需对孔板流量计进行标定，作出流量标定曲线。 实验测定时，按如下步骤进行操作： （1）先检查试验导管中旋塞是否置于全开位置，其余测压旋塞和试验系统入口调节阀是否全部关闭。检查毕启动循环水泵。
（2）待泵运转正常后，根据需要缓慢开启调节阀调节流量，流量大小由孔板流量计的压差计显示。
（3）待流量稳定后，将转换阀组中，与需要测定管路相连的一组旋塞置于全开位置，这时测压口与倒置U形水柱压差计接通，即可记录由压差计显示出压强降。
（4）当需改换测试部位时，只需将转换阀组由一组旋塞切换为另一组旋塞。例如，将G1和D1一组旋塞关闭，打开另一组G2和D2 旋塞。这时，压差计与G1和D1测压口断开，而与G2和D2测压口接通，压差计显示读数即为第二支测试管的压强降。以此类推。 （5）改变流量，重复上述操作，测得各试验导管中不同流速下的压强降。
（6）当测定旋塞在同一流量不同开度的流体阻力时，由于旋塞开度变小，流量必然会随之下降，为了保持流量不变，需将入口调节阀作相应调节。
（7）每测定一组流量与压强降数据，同时记录水的温度。 实验注意事项：
（1）实验前务必将系统内存留的气泡排除干净，否则实验不能达到预期效果。
（2）若实验装置放置不用时，尤其是冬季，应将管路系统和水槽内水排放干净。