沿程阻力系數實驗成果分析

『壹』 如何使沿程阻力系數的測定結果與實際相符

熱膨脹原理：當溫度升高時，金屬桿的長度會發生變化，這種變化可用線脹系數來衡量。
2.熱傳導和熱平衡原理：
溫度總是從高溫往低溫傳遞，因此只要存在溫差就會有熱傳導在進行，那麼就不會處在平衡的狀態。

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『貳』 管道沿程阻力系數測定實驗中的誤差主要由哪些環節產生

熱膨脹原理：當溫度升高時，金屬桿的長度會發生變化，這種變化可用線脹系數來衡量。

熱傳導和熱平衡原理：溫度總是從高溫往低溫傳遞，因此只要存在溫差就會有熱傳導在進行，那麼就不會處在平衡的狀態。

流體流經一定管徑的直管時，由於流體內摩擦力而產生的阻力，阻力的大小與路程長度成正比。

(2)沿程阻力系數實驗成果分析擴展閱讀：

對於層流流動，可以嚴格地從理論推導出來。

對於紊流流動，工程上通過以下兩種途徑確定：一種是以紊流的半經驗理論為基礎，結合實驗結果，整理成阻力系數的半經驗公式；另一種是直接根據實驗結果，綜合成阻力系數的經驗公式。前者具有更為普遍的意義。

管道的沿程水頭損失計算：h=λ(L/d)[V^2/(2g)]

對於圓管層流：λ=64/Re (雷諾數 Re=Vd/ν)

對於圓管過渡粗糙區：1/√(λ)=-2*lg[k/(3.7d)+2.51/Re√(λ)]

對於圓管紊流粗糙區：1/√(λ)=-2*lg[k/(3.7d)] 也可用λ=0.11(k/d)^0.25

還有很多經驗公式：

如鋼管和鑄鐵管的舍維列夫公式：過渡粗糙區（V<1.2m/s): λ=(0.0179/d^0.3)*(1+0.867/V)^0.3；阻力平方區(V>=1.2m/s): λ=0.21/d^0.3

『叄』 流體力學實驗沿程阻力系數與雷諾數的關系實驗曲線為什麼要取對數表示

會表示成直線，使測量結果更准確

『肆』 尼古拉茲實驗的條件和結論

課程輔導材料五

第5章 流動阻力和能量損失【教學基本要求】

1.熟悉層流與紊流流態的特點和形成條件，掌握流態判別標准。

2.了解流動中沿程阻力和局部阻力的兩種形式，掌握沿程損失和局部損失的計算方法。【學習重點】

1.層流與紊流流態及其判別標准，雷諾數的表示方法和物理意義，

2.均勻流基本方程，圓管均勻流的流速分布規律，層流沿程阻力系數的確定，

3.尼古拉茲實驗及其確定紊流沿程阻力系數的方法，紊流沿程阻力系數的計算。

4.局部阻力系數的確定。

【內容提要和學習指導】

5.1兩種流態和判別標准

通過雷諾實驗可以觀察到運動的流體存在兩種流態，即層流與紊流。層流與紊流的過渡區可以近似用過渡區下限轉變點代替。用無量綱雷諾數來描述流體運動時，轉變點上的雷諾數為臨界雷諾數，它是兩種流態的判別標准。當雷諾數小於臨界雷諾數時，流態為層流；當雷諾數大於臨界雷諾數時，流態為紊流。管流中臨界雷諾數為2000。

在理解兩種流態形成機理的基礎上，掌握雷諾數 的表達式和各物理量之間的關系，弄清臨界雷諾數來源，牢記管流中臨界雷諾數為2000的層流與紊流的判別標准。

5.2 邊界層與邊界層分離現象簡介

本節不要求掌握。

5.3 流動阻力與能量損失的關系

由於流體運動接觸到的邊壁形狀不同，邊壁對流體的阻礙作用不同，流體流動受到的阻力也不同。流動阻力分為兩種，即沿程阻力和局部阻力，對應這兩種阻力的能量損失是沿程損失和局部損失。

了解不同邊壁形狀與流動阻力的關系，注意區分流動系統中的沿程損失和局部損失，掌握沿程損失和局部損失的表達式和各物理量之間的關系。

5.4均勻流基本方程

根據均勻流定義、能量方程和力的平衡方程，推導出沿程損失與管徑、切應力等物理量的關系。能量方程中的能量損失是過流斷面的平均值，過流斷面上各點的能量損失均相等，由此可以得到切應力分布與管徑的線性、正比關系。這一沿程損失與管徑、切應力等物理量的關系或切應力分布與管徑的線性、正比關系就是均勻流基本方程。

學習中應注意方程推導的條件，每一條件產生的結論，直至最終結論。掌握文字結論和導出方程，理解各物理量的意義和它們之間的關系。

5.5層流運動

流體做層流運動時，粘性切應力與速度沿垂向梯度的關系符合牛頓內摩擦定律，引入均勻流基本方程後，得到圓管中層流的拋物線型流速分布。由此可得①圓管中過流斷面的最大流速；②圓管中過流斷面的平均流速；和③層流沿程阻力系數公式。

應注意層流運動中粘性切應力分布（線性）與速度分布（拋物線型）的關系，在均勻流中過流斷面的平均流速是表徵流動的重要物理量。層流沿程損失以平均流速表示，層流沿程阻力系數也是以平均流速表示，只是平均流速被包含在雷諾數中，即 。

5.6紊流運動

流體的紊流運動看似雜亂無章，但從數學統計規律上可以將瞬時流速分解為時均流速和脈動流速。時均的均勻流服從層流運動規律，脈動流速在某一時間周期 內平均值為零。脈動流速引起紊流慣性切應力（又稱為雷諾切應力）與單位面積上的動量有關。紊流運動的紊流切應力是層流粘性切應力和紊流慣性切應力之和。根據混合長度理論和均勻流基本方程得到對數型的紊流流速分布，這一公式具有理論性和經驗性，公式中的待定常數需要由實驗確定。

學習本節應注意科學分析與近似理論相結合的研究方法，熟悉紊流瞬時流速的分解方法，掌握慣性切應力與粘性切應力之比為雷諾數的物理特徵，了解紊流流速分布公式中的物理量意義。

5.7 紊流沿程阻力系數

尼古拉茲通過人工粗糙管流實驗，確定出沿程阻力系數與雷諾數、相對粗糙度之間的關系，實驗曲線被劃分為5個區域，即1．層流區 2．臨界過渡區3．紊流光滑區4．紊流過渡區5．紊流粗糙區（阻力平方區）。莫迪採用工業管道實際粗糙進行了相應的管流實驗。將實驗成果代入紊流流速分布積分式可以確定各區域的紊流流速分布公式中的代定系數和紊流沿程阻力系數公式。並給出了紊流各區的沿程阻力系數的經驗公式。

工程中的理論公式需要實驗成果驗證和完善，本節應掌握尼古拉茲實驗條件和實驗結果，了解尼古拉茲實驗和莫迪實驗的相同和不同點，熟練運用紊流沿程阻力系數的經驗公式。

5.8非圓管道流動中的沿程損失

採用圓管道流動理論計算非圓形斷面管道中的流動問題，首先選取非圓管的當量直徑，然後按圓形管道公式計算。當量直徑是在水力半徑相等的條件下得到的，明渠流中的謝才公式、曼寧公式和巴氏公式均於水力半徑相關。

掌握當量直徑的計算方法，了解圓管道與非圓形斷面管道的區別，能應用謝才公式、曼寧公式進行計算。

5.9管道流動中的局部損失

圓管中突然放大處的局部阻力系數可以通過連續、能量和動量方程聯立求解獲得，更多的各種各樣的局部阻力系數需要實驗測定。局部損失的減阻措施為：（1）在流體內部投放極少量的某種添加劑，改變流體紊流運動的內部結構，達到降低阻力的目的。（2）大量採用的是改善邊壁條件的減阻措施。

掌握圓管中突然放大處的局部阻力系數的兩種表示方法，了解各種局部阻力系數的查閱方法。【思 考 題】

5-1.當輸水管直徑一定時，隨流量增大，雷諾數是增大還是減少？當輸水管流量一定時，隨管徑加大，雷諾數是增大還是減少？

5-2.兩個不同管徑的管道，通過不同粘滯性的液體，它們的臨界雷諾數是否相同？

5-3.試述尼古拉茲實驗成果，層流、紊流中各個流區的 與 和 的關系怎樣？【解 題 指 導】

思5—1解答：根據雷諾數定義 ，雷諾數與水管直徑、平均流速成正比，當輸水管直徑一定時，隨流量增大，雷諾數增大；當輸水管流量一定時，隨管徑加大，雷諾數增大。

思5—2解答：管流臨界雷諾數為2000，無論管徑和液體粘滯性如何變化，管流臨界雷諾數不變，所以它們的臨界雷諾數是相同的。

思5—3提示：熟記尼古拉茲實驗成果的分區和 與 和 的定性關系。

『伍』 沿程阻力系數實驗計算水頭損失時是用管徑還是用糙後管徑

6666我也想問這個問題 土院的？

『陸』 沿程阻力系數測定實驗的誤差主要有哪些

1.由於水流的滯後，導致測量有誤差
2.讀數有誤差
3.試驗儀器有一定的系統誤差
4.數據的近似處理有誤差