1、掌握测定流体流经管道的直管阻力和管件的局部阻力的测定方法

2、测定流体流过粗糙直管或光滑直管的摩擦系数λ 与雷诺数 Re 的关系。

3、测定流体通过截止阀的局部阻力系数 ζ。

4、熟悉并掌握U管压差剂的使用方法。

1、测定水在圆形直管内作湍流运动时的摩擦阻力损失值，并求出在不同流速下得摩擦阻力系数(λ)。

2、在双对数坐标纸上标绘出 λ~Re 关系曲线。

1、实验设备流程图1;  仪表面板图2

              图1  实验设备流程图

1-水箱；2-离心泵；3、4-放水阀；5、13-缓冲罐；6-局部阻力近端测压阀；7、15-局部阻力远端测压阀；8、20-粗糙管测压阀；9、19-光滑管测压阀；10-局部阻力管阀；11-U型管进出水阀；12-压力传感器；14-大流量调节阀； 15、16-水转子流量计；17-光滑管阀；18-粗糙管阀；21-倒置U型管放空阀；22-倒置U型管；23-水箱放水阀；24-放水阀； 

          图2  实验设备仪表面板图

2、实验流程

离心泵2将储水槽1中的水抽出，送入实验管路系统。水经玻璃转子流量计15或16计量流量； 然后送入被测直管段，分别测量流体在光滑管或粗糙管内的流体流动阻力，或者流经10局部阻力管阀测量局部阻力后返回储水槽循环使用。

被测直管段流体流动阻力△p可根据其阻力数值大小分别采用变送器12或水倒置U型管22来测量。 

3、实验设备主要技术参数

(1) 被测光滑直管段：管径d=0.008 m，管长L=1.700 m，材料不锈钢管；被测粗糙直管段：管径 d=0.010 m，管长L=1.703m，材料不锈钢管；

(2) 被测局部阻力直管段: 管径 d=0.015m，管长 L=1.2m，材料不锈钢管；

(3) 压力传感器:  型号LXWY   测量范围0～200 kPa；

(4) 数字压力表:  型号501BV24   测量范围 0～200 kPa；

(5) 离心泵: 型号 WB70/055   流量8m³/h，扬程:12 m，电机功率550 W； 

(6) 玻璃转子流量计: 型号LZB-40，测量范围100～1000(L/h)，型号LZB-10，测量范围10～100 (L/h)。

当不可压缩流体(如水)，在直管中稳定流动时，由于粘性产生摩擦阻力。流体在流过突然扩大、阀门等管件时，由于流体运动的速度和方向突然变化，产生局部阻力。流体流动产生阻力造成的压头损失，分为直管阻力压头损失和局部阻力压头损失。

1、直管摩擦系数 λ 与 Re 的测定

直管摩擦阻力系数是雷诺准数和相对粗糙度的函数，即   ，对于一定的相对粗糙度而言，  。

当流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为：

      (1)

因为λ与阻力损失之间满足范宁公式

     (2)

整理(1)(2)两式得

     (3)

     (4)

式中：d-管径，m；△pf-直管阻力引起的压强降，Pa；l-管长，m；u-流速，m/s；ρ-流体密度， kg / m³；μ-流体粘度，N.s/m²。

在实验装置中，直管段管长 l 和管径 d 都已固定。若水温一定，则水的密度 ρ 和粘度 μ 也是定值。所以，本实验实质上是测定直管段流体阻力所引起的压强降 △p_f 与流速 u (或流量V)之间的关系。

根据实验数据和式(3)，可计算出不同流速下的直管摩擦系数 λ，用式(4)计算对应的 Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺准数之间的关系，绘出 λ 与 Re 关系曲线。 

2、局部阻力系数 ζ 的测定

    (5)

     (6)

式中：ζ-局部阻力系数，无因次；  -局部阻力引起的压强降，Pa；  -局部阻力引起的能量损失，J/ kg。

           图3 局部阻力测量取压口布置图

局部阻力引起的压强降    可采用下面方法测量：

在一条各处直径相等的直管段上，安装有待测局部阻力的阀门，在阀门上、下游分别开两对测压口a-a' 和b-b'，见图3，满足以下条件：

   ，则

  ；

在a-a'之间列柏努利方程式 (7)：

在b-b'间列柏努利方程式 (8)：

联立(7)和(8)，得：

为了实验方便，称(p_b－p_b')为近点压差，(p_a－p_a')为远点压差。用差压传感器来测量。

1、先详细阅读直流数字表使用说明书，掌握其使用方法。

2、向储水槽内注水直至水满。(有条件可使用蒸馏水以保证实验流体的清洁)

3、当进行大流量测量时，大流量状态下的压差测量系统，应先接电预热10～15分钟，纪录下数字表初始值后再启动离心泵进行实验。 

4、光滑管阻力测定：

(1) 关闭粗糙管阀门18、粗糙管测压进水阀门20、粗糙管测压回水阀门8，将光滑管阀17、光滑管测压进水阀门19、光滑管测压回水阀门9全部打开。

(2) 在流量为零情况下，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U型管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡，需要进行赶气泡操作。

具体操作方法如下：导压系统如图4所示。

加大水流量，打开倒置U型管与实验管路相通的阀门11，使倒置U型管内液体充分流动起来，以赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，可将流量调节阀门关闭；关闭连通阀门11，慢慢旋开倒置U型管上部的放空阀门21，分别缓慢打开放水阀门3和4，当水柱降至中点上下时马上关闭，管内形成气-水柱。然后关闭放空阀门21，观察U型管内水拄是否持平，若两侧水柱持平则说明管路中已无气泡存在，若两侧水柱相差较多，就要重复上述操作过程继续驱赶气泡。

图4  导压系统示意图； 3,4-排水阀；8-粗糙管测压回水阀；9-光滑管测压回水阀；11- U型管进水阀；12-直管压力传感器；20-粗糙管测压进水阀；21- U型管放空阀；22-U型管。

(3) 该装置中两个转子流量计并联连接，实验中可根据流量大小选择使用不同量程的流量计。

(4) 差压变送器与倒置U型管也是并联连接，用于测量直管段的压差，流量小时可使用倒置U型管测量，流量大时使用差压变送器测量。在最大流量和最小流量之间测取15～20组数据。建议当流量小于300 L/h时,只用倒置∪型管来测量压差。

5、粗糙管阻力测定：

(1) 关闭光滑管阀门17、光滑管测压进水阀门19、光滑管测压回水阀9，打开粗糙管阀门18，旋开粗糙管测压进水阀20、粗糙管测压回水阀8，逐渐调大流量调节阀，赶出导压管内气泡。

(2) 从小流量开始测量直到最大流量，一般测取15-20组数据。

(3) 直管段的压差用差压变送器测量。

光滑管和粗糙管直管阻力的测定使用同一差压变送器，当测量光滑管直管阻力时，要把通向粗糙管直管阻力的阀门关闭；同样当测量粗糙管直管阻力时，要把通向光滑管直管阻力的阀门关闭。

6、局部阻力测定

关闭光滑管阀门17和粗糙管阀门18，部分打开或半开局部阻力管阀门10，改变水流量，使用差压变送器测量远点、近点压差。远点、近点压差的测量使用同一差压变送器。当测量远点压差时，要把通向近点压差的阀门关闭；同样当测量近点压差时，要把通向远点压差的阀门关闭。

7、测取水箱水温。

8、待所有数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵结束实验。 

1、压力与温度数值由数字仪表直接读取，记录好初始数值。

2、启动离心泵以及从光滑管阻力测量过渡到其它项目测量之前，都必须检查所有流量调节阀是否关闭。

3、利用压力传感器测量大流量下△P时，应切断倒置U型玻璃管的阀门18、20以免影响测量数据。  

4、实验过程中每改变一次流量，要待流量和直管压降数据稳定后方可记录数据。

5、若实验装置较长时间未使用，启动离心泵之前应先盘轴转动，防止烧坏电机。

6、实验前一定要将导管和测压管中的气泡排除干净。

7、转换阀不能漏气。