化工原理实验讲义
实验一流体摩擦阻力系数测定
一、实验目的及任务
1、学习流体在管道内摩擦阻力Pf及摩擦阻力系数λ的测定方法；2、确定摩擦阻力系数λ与雷诺数Re和相对粗糙度d之间的关系；3、在双对数坐标纸上绘出λ～Re曲线并与莫迪图进行比较；4、测定局部（阀门）阻力系数。
二、实验基本原理
由于有粘性和涡流的影响，流体流动时会产生流动阻力。其大小与管子的长度、直径、流体流速和管道摩擦阻力系数有关。本实验分为直管摩擦系数和局部（阀门）阻力系数两种情况。
1、直管摩擦系数与雷诺数Re的测定
直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即fRed，对一定的相对粗糙度而言，fRe。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：
hf
P1P2


Pf

（11）
又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式）
hf
整理（11）（12）两式得
Pf

lu2d2
（12）

2dPflu2
du
（13）
Re
式中：d管径，m；

（14）
Pf直管阻力引起的压强降，Pa；
1
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l管长，m；
u流速，ms；流体的密度，kgm3；
流体的粘度，Nsm2。
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引起的压强降Pf与流速u（流量V）之间的关系。根据实验数据和式（13）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（14）计算对应的Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re的关系曲线。
2、局部（阀门）阻力系数的测定
hf
Pf


u22
（15）
2Pf2u
式中：局部阻力系数，无因次；
（16）
Pf局部阻力引起的压强降，Pa；hf局部阻力引起的能量损失，J／kg。
图11
局部阻力测量取压口布置图
局部阻力引起的压强降Pf可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口aa’和bb＇，见图11，使ab＝bc；则△Pf，ab＝△Pf，bc；在aa＇之间列柏努利方程式：Pa－Pa＇2△Pf，ab2△Pf，a＇b＇△P在bb＇之间列柏努利方程式：Pb－Pb＇△Pf，bc△Pf，b＇c＇△Pf△Pf，ab△Pf，a＇b＇△P
2
＇＇＇
a＇b＇＝b＇c＇△Pf，a＇b＇△Pf，b＇c＇
f
（17）
f
（18）
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联立式（17r