沿程阻力系数测定

沿程阻力

实验指导书

沿程阻力

实验指导书

一、实验目的

1、测定流体在等直圆流动不同雷诺数Re 时的沿程阻λ，并确定它们之间的关系。 2、了解流体在道中流动时能量损

二、实验原理

流体在管道中流动时，于流体的粘性作用产生阻力，阻力表现的量损失。当对L 长度两断面列能量方程式时，可以求得L 长度

P +h -h

h f ==12=

L V 根据达西

[m][m]

实验测得△h （=h?）, 再测量出流体的Q ，并计算出管道断面的平均流速V ，即可求得沿

2g ·d h f λ=L V

式中：d — 试验管内径 [m]2 g — 重力加速度 [m/s]

三、实验

实验台主要由二根不同的验管路组成。每根管子中间L 长度的两设测压孔，可用压差板测出管路实验长度L 上的沿程损失；管路流量

利用水泵将储水箱的水打入试验管路，经稳流定水流，再通过出水阀门控制出水流量。通过计量水

图 1

四、实验操作

1、实验前的准备

（1）熟悉实验

（2）启动水泵，调整水阀，使稳压水箱有适量溢流，并排压板测压玻璃管中的空气，移动滑尺，即可读取数据。（3）试水

（1）调节出水阀，使压差计的压差指示△h 20㎜左右，以这个压差为第一个试验点，并记录相应的

（2）逐次开大出水门的开度，测读相应的压差值△h ?和流量Q 。建议做6～10个测试点直到压差达到接

（3）本实验台可以进行不同细管道二组实验的测试，试验

五、实验数据处理

实验测试数据和计算结果可填入下表： d= ㎜ L= ㎜水

2gd △h λ=

L V Re =ν

式中：△h — 换算成水柱高[mmH2O] V — 可查表或从水的

最后，可根据测算Re 和λ值在双对数坐标绘出两者的关系点及其关系曲线；并可与教材上

关于管道沿程阻力系数问题的分析

, 0177 , 02 2012 10 1007 , 7596

关于管道沿

，，江山张海金齐鹏

( ) ，152000绥化水文局黑龙江绥化

: ，，EXCEL 摘要引用水力理论列出各种流态情况下的沿程阻力系数公式并

，，件来求解柯列勃洛克公式从而为道沿程阻力系数系数计算提供了一种

Excel 。利用中求解勃洛克公式的简便方法

: ; ; Exce; l键词紊流沿程阻力系数柯列勃

: TV131. 22 : B 中图分类号文献标识码

g8 = 0 ( 1) 引言λ 2C

，在管道水力系统中沿程水损失计算是水力: g ; C 。式中为速度谢才系数。，，计算的一个重要环节在实际工程中为方便计算: 谢才系

，不管是层流和紊流

1 1 /6 RC = ( 2) ，层流时所求的沿程阻力系数来进行计算

，情况下管道中水流流态都是紊流的紊流下的 : R ; n 。式中为水力半径

沿程阻力系数与层流状态下沿程阻力系数是有所1. 2 紊流状态下沿系数式，。，差的其公式也不一样因此本文分别分析了各紊流中沿程阻系数与

，Excel种水状态下沿程阻力系数求解公用，，1933 ，理论在理论上至今没有完全

。软件介绍了一种求解柯列勃洛克公式的方法兹根据大量人工粗糙管试验发表了反

1 。。阻力系数公式况实验结果描绘出了尼古拉兹实

们在后来的研究中依据普朗特混合长论和尼古1. 1 层流状态下沿程阻

，，层流状态下沿程阻力系数只与雷诺关与拉兹试验数据提出了紊流沿程阻力

，糙程度无关其计公式一般由谢才公式管壁

:得来 1. 2. 1 紊流光滑管区

,,2012 , 03 , 08 收稿日期

,,( 1983 ,) ，，，; ( 1983 ,) ，，，金作者简介江山男黑龙江海伦人助理工程师张海男黑龙江

; ( 1978 ,) ，，，。齐鹏男黑龙江绥化人助

— 177 —

No. 10. 2012 2012 10 年第期技黑龙江水利科

Heilongjiang Science and Technology of Water Conservancy ( Toda No. 40)l( 第 40 卷)

4 6 Re = 5 ×1 0:3 ×1 0， ( 1) : 在情况下沿程阻力系数现将式中式子右边部分

: 满足尼古拉兹光滑管公式 1 2. 51 ? + 21g( + )= 0 ( 6)7 3. dRe λλ 1 , 0. 8 ( 3)= 21g( Re )λ 槡、e ，R根给定管道参流量的情况下雷诺

( 2) ，。可通过公式算出式中只有 λ 为未知数在某 1. 2. 2 粗糙区 1 ，2 一元格中输入 λ 值而在另外一单元格中输，此区性底层失

2 ，，左边部分然后逐步整 λ 值直至单元格入公式。失起决定此区程阻力系数满尼古拉兹 2 0 ，中数值在满足精度要求的情况下

此时的 λ 即为通过

1 。= ( 4)系数

2 算例: r ; 。中为管道半径?为管道绝对粗

而在工业管道水计算应用较为广泛的是柯 500 m，200 mm，某一水管长直径为

，勃洛克公式该式是柯列勃洛克根据大量工1 mm，10 / s0. L? 为输送流量为水

2 为，道试验料提出来的实际上是尼古拉兹光

: 。粗糙区公式的结合其公式为= 利用上述求解柯列勃洛克公式方法

1 2. 51 ? 0. 0225，查莫迪图查得 λ = 0. 0208，由此可以看出， ) +,2 1g(( 5)= 3. 7d Re λλ 槡槡。该计算方法应该说是更为准确的 : ; d ; 式中λ 为沿阻力损失系数为管

3 结论; Re 。管绝对粗糙度为雷诺数其工业管

，1。糙度见表 Excel ，对于管道紊流状态情况利用软

1 表常见工业管道绝对粗糙度，柯列勃洛克公式中的沿程阻力系数避

，，，琐的迭代程序简便易行

: 0. 002 0 新氯烯管玻璃管黄铜管、、。且计算结果与实际情是较吻的该方法同样 0. 015 : 0. 06 光滑混凝土管、新焊接钢管。适用于

0. 15 : 0. 5 新铸铁管离心混凝土管、

: 1. 5 1 旧铸铁管 : 参考文献

0. 25 轻度锈蚀钢管 ,1,: 2003 . ,M,. ，.李大美力汉武大学出版社 0. 25清洁的镀锌铁管 ,2, . 刘福祥关于工业道紊流阻

，因该公式应用较麻烦需要编制程序来进行J,. ，2000 ( 4) : ,迭代算法的收敛区间

。，计算在实际工程中应用

Exce l。中求

— 178 —

管内沿程阻力系数测定

(一)

通过实验掌握管内

(二)

流体沿内径均匀的管道流动时，由于流体性沿程水头损失的大小与管长、管径、管壁

度Δ、流体的平均流速密度和粘度有关。

2,LV,, (8—1) ,,,hfR,,fedd2g,,

,,,令 ,,fR, (8—2) ,,ed,,

2lV则 (8—3) ,,,hfd2g

沿程阻力系数是雷诺数和管壁对粗糙度Δ/函数，它可以由理论推导及用实验的方法获

或经验公式求得。对于层流流动沿程阻力

流动, 沿程阻力系数的计算公式，则是人实验的基础上提出某些假设，经过分析和根据

而归纳出来的半径验公

1．层流区： R <232>

64 , (8—4) ,Re

2.湍流

3d,, 2320,R,26.98 (8—5) ,,e,,,7

3.湍流粗

30.85dd,,,, 26.98,R,4161 ,,,,e,2,,,,,7

/2.88, 0.0096,,，, (8—6) dRe

/ 式中, 代表一种

6-1

4.湍流粗

0.85d,, R,4160,,e2,,,

,2d,, (8—7) ,,1.74，28,,,2,,

,在教学实验条件的限制下，只能就一种R的管道，在不同的下做若干个实验点，把这

联成一条，，,,fR曲线，这条线的某一段可以用一个经验公式来

本实验中流速可由流量测得流量后经计算而得，沿程损可差计测得，水平安装的管道，hVf沿程损失水头损失与管道两

,pp12 , (8—8) hf,g

用所求得的流速和沿程损失及管道直径，

Vd求出R,即可画出

(三) 实验设备

如图8-1所示，主要保持恒定水位的水箱，实验管段和测?, ?两处阻力损失的差压变送器以及测量水流量的涡轮流量计,

8 1

3 2 4

? ?

6 11 5

1-显示仪表 2-差压变送器 3.4-

8-高位水箱 9-地下水池 10-地沟 11-

图8—1

6-2

(四)实验

1.实验前应开启3，4阀门除差压计连接软管中可能存在的空气，使显示仪表为零。 2.将阀门5至最大，使管中尽可能通过最大流量，等到水流平稳后记差压仪表

f数Q,(L/S),P,50U(KP)，由U值可求出压差，值可以求出流量，称为仪表常数。 ff,1a1,3.逐关小出水阀门5，当管通不同流量时，分别记录差压计读数U和流量计读数，共进行十次。 f14.测量水温，通过查表计算求得

(五)实

1.每次调整流量的幅度

2.每次调节阀门改变流量后，为使水流，须待2-3分钟再读数据。 (六)实验

实验段直径实验段管长 L,CMCMd,

,水温C T,

实验次数

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 名称及单位

差压计读数

U(mV) 1

涡轮流量计

f(次/秒)

(七)实

,R1. 根据测量数据计Q、、和，并把计算结果列

2. 从求得的,,f(R)RR

(八)思考题：

,,f(R)1. 从实验曲线判断流哪一种流动区域，并与相应区域的理论公

2. 分析

6-3