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流体阻力
实验原理
不 可 压 缩 性 流 体 在 直 管 内 作 稳 定 流 动 时， 由 于 粘 滞 性 而 产 生 摩 擦 阻 力， 即 直 管 阻 力。 流 体 在 流 经 变 径、 弯 管、 阀 门 等 管 件 时， 由 于 流 速 及 其 它 方 向 的 变 化 而 产 生 局 部 阻 力。 在 湍 流 状 态 下， 管 壁 的 粗 糙 度 也 影 响 流 体 阻 力， 通 常 流 体 阻 力 用 流 体 的 压 头 损 失 Hf 或 压 力 降Δp 表犑荆?并 可 用 实 验 方 法 直 接 测 定?
1. 直 管 阻 力Hf 与 直 管 摩 擦 系 数 λ
直 管 阻 力Hf 与 直 管 摩 擦 系 数 λ 的 关 系 为
Hf=λ×l1/d×U^2/2 (1)
式 中：l1----------- 直 管 的 测 试 长 度 [m];
d----------- 测 试 管 的 内 径 [m];
u----------- 管 内 流 体 流 速 [m/s]。
流 体 以 一 定 速 度u 流 过 内 径 为d， 长 度 为l1 的 直 管 所 产 生 的 直 管 阻 力 Hf 可用U 型 差 压 计 测 得， 若 已 测 得 的 差 压 计 读 数 为 Rf(cmCCl4)， 根 据 伯 努 利 方 程 及 流 体 静 力 学 原 理 可 得
Hf=Δp/ρH2O=(ρCCl4 -ρH2O)×Rf×g/(100 × ρH2O)
=×g [J/kg] (2)
式 中：g=^2。
流 体 的 流 速u 可 由 孔 板 或 文 氏 流 量 计 两 边 引 出 的 差 压 计 读 数 R(cmHg) ，按 下 式 求 得
u=aR^n [m/s] (3)
于 是 由(1)、(2)、(3) 可 得:
λ＝2 dHf / (l1U^2)=×g / (l1×a^2×R^2n) (4)
又 已 知 雷 诺 数 Re= d uρ/ μ (5)
式 中：ρ------------ 流 体 ( 水) 的 密 度 [kg/m^3]
μ------------ 流 体 ( 水) 的 粘 度 [Pas]　?
若 测 得 流 体 的 操 作 温 度 t ， 查 取μ 、ρ，再 根 据 一 对Hf~u 值， 由(4)(5) 便 可 求 得 一 对λ~Re 值。 因 而， 在 不 同 流 速 下， 可 得 到 一 系 列λ~Re值， 标 绘 在 双 对 数 坐 标 纸 上， 即 可 得 到λ~Re 关 系 曲 线。
2. 局 部 阻 力Hf' 及 局 部 阻 力 系 数ξ?
局 部 阻 力Hf' 与 局 部 阻 力 系 数ξ 的 关 系 为：
Hf'=ξ×u^2/2 (6)
管 件 的 局 部 阻 力 也 可 由 U 型 差 压 计 测 取， 但 因 管 件 所 引 起 的 流 速 大 小 和 方 向 的 变 化 而 产 生 旋 涡， 需 要 在 相 当 长 的 管 道 内 才 能 消 除， 故 只 能 先 测 定 包 括 被 测 管 件 在 内 的 一 段 直 管 l2 的 总 阻 力
ΣHf， 然 后 减 去 这 一 段 直 管 l2 的 直 管 阻 力Hf1， 就 可 得 到 管 件 的 局 部 阻 力Hf':
Hf'=ΣHf -Hf1=ΣHf -Hf×l2/l1 (7)
若 已 测 得 的 包 括 管 件 在 内 的 差 压 读 数 为Rf'(cmHg)， 利 用(2) 式 可 得
ΣHf＝'×g [J/kg]
于 是 由 式(3)、(6)、(7) 得：
ξ= 2Hf'/u^2 =('×g -×g×l2/l1)/(a^2×R^2n) (8)
通 过 实 验 测 得 不 同 流 速 u 下 对 应 的 Hf' 值， 利 用 式(5)、(8) 便 可 算 出 不 同 的Re 下 的ξ 值。ξ 值 与 管 件 的 几 何