汕 头 大 学 实 验 报 告
学院:工学院 系:机电系 年级: 2014级 姓名:成吉祥 学号:2014124089 成绩:
实验四 摩擦系数和局部阻力系数的测定
一、实验目的
摩擦系数和局部阻力系数是管道系统设计中用以计算能量损耗的重要参数，它的数值大小，遵循着一定的规律，实验的目的是通过测定，了解和掌握这些系数的规律。

二、实验原理
流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地会引起流体压力损失。

流体在流动时所产生的阻力有直管摩擦阻力和局部阻力。

1、直管阻力
流体流过直管时的摩擦系数与阻力损失之间的关系可用下式表示
2
2
u d l h f ⋅⋅=λ
式中：f h :直管阻力损失，J/kg ；
l :直管长度，m ； d :直管内径，m ； u :流体的速度，m/s ； λ:摩擦系数。

在一定的流速和雷诺数下，测出阻力损失，按下式即可求出摩擦系数λ。

2
2
u l d h f ⋅
⋅=λ 阻力损失f h 可通过对两截面间作机械能衡算求出
2
)(2
2
21
2
121u u p p g z z h f -+-+
-=ρ
对于水平等径直管21z z =，21u u =，上式可简化为
ρ
2
1p p h f -=
式中：f h :两截面的压强差，N/m2；
ρ:流体的密度，kg/m3。

只要测出两截面上静压强的差即可算出f h 。

两截面上静压强的差可用U 形管或倒U 型管压差计测出。

流速由流量计测得，在已知d 、u 的情况下只需测出流体的温度t ，查出该温度下流体的ρ、μ，则可求出雷诺数Re ，从而得出流体流过直管的摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系。

2、局部阻力
流体流过阀门、扩大、缩小等管件时，所引起的阻力损失可用下式计算
)2
(2
u h f ζ=（J/kg ） (5)
式中z 为局部阻力系数, z 的值一般都由实验测定。

计算局部阻力系数时应注意扩大、缩小管件的阻力损失f h 的计算。

三、实验注意事项
1、各自循环供水实验均需注意：计量后的水必须倒回原实验装置的水斗内，以保持自循环供水（此注意事项后述实验不再提示）。

2、稳压筒内气腔越大，稳压效果越好。

但稳压筒的水位必须淹没连通管的进口，以免连通管进气，否则需拧开稳压筒排气螺丝提高筒内水位；若稳压筒的水位高于排气螺丝口，说明有漏气，需检查处理。

3、传感器与稳压筒的连接管要确保气路通畅，接管及进气口均不得有水体进入，否则需清除。

四、实验原始数据记录
1、2 号测头距离0.25米，3、4号测头距离0.5米，规格：大管内径：21.2mm ， 水温：20℃，零流速水位：580.0mm ，左小管内径12.9mm ，右小管内径：13.4mm
五、实验数据处理
a.摩擦系数的测定：（以序号1的1、2号测头的数据计算，同理可得其他组数据）
s m d Vs u /4996.0109.121416.3100653.0442
33
2
=⨯⨯⨯⨯==--）
（π 0645.04996
.025.010)0.5269.541(9.1281.9222
6
2=⨯⨯-⨯⨯⨯=∆=-u l R gd λ 计算理论值：638010
01.19.1210100653.012731273Re 3
3
3=⨯⨯⨯⨯⨯==--μρd Vs 0354.063803164
.0Re 3164.025
.025.0===
'λ
数据计算结果：
序号 1、2号测头（左小管λ的测定） 3、4号测头（大管的λ测定） Re λ(实例) λ(理论) Re λ（实例） λ(理论) 1 6380 0.0645 0.0354 3882 0.0413 0.0401 2 7220 0.0621 0.0343 4394 0.0512 0.0389 3
8706
0.0512
0.0328
5297
0.0366
0.0371
b.突然扩大局部阻力系数测定： （i ）突然扩大阻力系数的理论值： 从理论上可以推导出这系数的理论值：
22])(1[D
d
S -=理
其中 d:小管径 D:大管径 对本装置：40.0])2.219.12(
1[2
2=-=理S
（ii ）突然扩大阻力系数的实验值（计算第一次测量的突然扩大阻力系数，第二、三次同理
可得）：
mm l l R
r 4872.62501029.151=⨯=∆=∆
6507
.0)2.219.12(10653.0)]2.60.5265.529(9.1210103.12[)(1))((10103.1242494
2
49=-+--⨯⨯⨯=-+∆--⨯=--D d Vs r R R d A B ζ
序号 ΔR(mm) R B (mm) R A (mm) Vs(L/s) ζ ζ理论 第一组数据 15.9 529.5 526.0 0.0653 0.6507 0.4 第二组数据
19.6
515.7
510.0
0.0739
0.7218
0.4
c.突然缩小局部阻力系数测定：（以第4、5、6组数据做计算，第4组数据计算如下，5、6组同理可得）
mm l l R
r 24.122501020.301=⨯=∆=∆
3168
.01)2.214.13(0979.0)]2.120.4451.470(4.1310103.12[1
)())((10103.12424942
49-=-+--⨯⨯⨯=-+∆--⨯=--D d Vs r R R d A B ζ
d.弯头阻力系数测定：（以第1、3、5组数据做计算，第1组数据计算如下，3、5组同理
可得）
889
.30653.0)]0.4745.516(4.1310103.12[)(10103.122492
6549=-⨯⨯⨯=-⨯=--Vs R R d ζ
六、个人总结
本次测量摩擦系数和局部阻力系数的实验的操作方法与实验二的伯努利操作方法相同，且都是测量同样的数据，在做实验报告的数据处理部分的时候，由于实验并不能达到理想的情况，计算所得的数据与理论值之前相差很大，实验的误差极大，但是似乎本身实验的精度就不高。

在数据处理的过程中，理解了各个数据的计算方法，以及公式的推导过程，对流体力学所学课程进一步巩固了。