A legtöbb víz- és HVAC-típusú áramlásnál a rozsdamentes acélcsőben jellemzően praktikus Darcy súrlódási tényező. f ≈ 0,018–0,022 (teljesen turbulens, „sima-enyhén érdes” tartomány). Magasabb Reynolds-számok esetén (nagyon gyors áramlás) f gyakran afelé irányul ~0,015–0,018 ; alacsonyabb turbulens Reynolds-számok esetén (közel 5000-20000) f lehet ~0,03–0,04 .
A pontosság érdekében számítsa ki f-et a Reynolds-számból (Re) és a rozsdamentes acél érdességéből (ε) explicit korreláció (például Swamee–Jain vagy Haalés) vagy a Colebrook-egyenlet segítségével.
Rozsdamentes acélcső súrlódási tényezője: milyen értéket kell használni
Használja a Darcy súrlódási tényező (más néven Darcy–Weisbach súrlódási tényező), kivéve, ha a diagramon vagy a szoftveren kifejezetten a „Fanning” felirat szerepel. A Darcy-faktor az 4× a Fanning-faktor.
Egy gyors, védhető becslés, ha még nem ismeri a pontos áramlást:
- Víz a tipikus rozsdamentes csővezetékekben (Re ~ 50 000–300 000): f ≈ 0,018–0,022
- Nagyon magas Re (~1 000 000): f gyakran közeledik ~0,015–0,018
- Alsó turbulens Re (~5000-20000): f általában ~0,03–0,04
Ezután finomítsa az alábbi számítási lépésekkel, miután ismeri az átmérőt, az áramlási sebességet és a folyadék viszkozitását.
Rozsdamentes acél érdesség: az eredményt meghatározó bemenet
Turbulens áramlásban a súrlódási tényező erősen függ attól relatív érdesség (ε/D). A rozsdamentes acél általában „sima”, de a feltételezett ε továbbra is számít.
| Felület/feltevés | Abszolút érdesség, ε (mm) | Abszolút érdesség, ε (m) | Mikor kell használni |
|---|---|---|---|
| Tiszta rozsdamentes (általános tervezési feltételezés) | 0.015 | 1,5×10⁻⁵ | Új/tiszta cső, konzervatív, de sima alapvonal |
| Kissé elöregedett/filmes lerakódás (ökölszabály) | 0.03 | 3,0×10⁻⁵ | Ha betétekre vagy kevésbé ellenőrzött szolgáltatásra számít |
| Ismeretlen állapot (tervezési margó) | 0.045 | 4,5×10⁻⁵ | Amikor extra konzervativizmusra van szüksége |
Számítsa ki a relatív érdesség ε/D-t a segítségével belső átmérő (nem névleges méret). A D vagy ε/D kis változásai is észrevehetően megváltoztathatják f-et a teljesen turbulens régióban.
Lépésről lépésre történő számítás (Re → f), amelyben megbízhat
1) Számítsa ki a Reynolds-számot
Teljes kör alakú cső esetén:
Re = (V·D)/ν
- V = átlagos sebesség (m/s)
- D = belső átmérő (m)
- ν = kinematikai viszkozitás (m²/s)
2) Válassza ki a megfelelő áramlási szabályt
- Lamináris (Re < 2300): f = 64/Re
- Átmeneti (2300–4000): kerülje a „pontosságot”; erősítse meg tesztadatokkal, vagy használjon óvatos margót
- Turbulens (Re > 4000): használja az ε/D-t explicit korrelációval
3) Turbulens áramlás: gyakorlati explicit képletek
Két széles körben használt explicit opció (Darcy f):
- Swamee–Jain: f = 0,25 / [log10( (ε/(3,7D)) (5,74/Re^0,9) )]^2
- Haaland: 1/√f = -1.8·log10( [ (ε/(3.7D))^1.11 ] [ 6.9/Re ] )
Ha szoftverben iterál, a klasszikus hivatkozás a Colebrook (implicit):
1/√f = -2·log10( (ε/(3,7D)) (2,51/(Re·√f)))
Működő példa: rozsdamentes cső súrlódási tényezője és nyomásesése
Tegyük fel, hogy a víz közel 20°C, tiszta rozsdamentes érdesség ε = 0,015 mm (1,5 × 10-5 m), és a cső belső átmérője D = 0,0525 m (kb. 2 hüvelykes Schedule 40 ID). Áramlási sebesség Q = 50 gpm (0,003154 m³/s).
Számítsa ki a sebességet és a Reynolds-számot
- A terület = πD²/4 = 0,002165 m²
- Sebesség V = Q/A = 1,46 m/s
- Kinematikai viszkozitás ν ≈ 1,0×10⁻⁶ m²/s
- Re = (V·D)/ν ≈ 7,6×10⁴
- Relatív érdesség ε/D ≈ 2,86×10⁻⁴
Súrlódási tényező kiszámítása (Swamee–Jain)
Darcy súrlódási tényező f ≈ 0.0203
F fordítása nyomásveszteségre (Darcy–Weisbach)
L hossz esetén 100 m, sűrűség ρ ≈ 998 kg/m³:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 kPa/100 m (kb 4,2 m vízmagasság 100 m-enként).
Gyors referencia táblázat: rozsdamentes acél súrlódási tényező vs Reynolds szám
Az alábbi értékek feltételezik ε = 0,015 mm and D = 0,0525 m (ε/D = 2,86×10⁻⁴), a Swamee–Jain korrelációt használva. Használja ezt az eredmények épelméjű ellenőrzésére.
| Reynolds-szám (Re) | Darcy súrlódási tényező (f) | Tipikus értelmezés |
|---|---|---|
| 5000 | 0.038 | Alacsony turbulens; f még mindig viszonylag magas |
| 10 000 | 0.031 | Korai turbulens; érzékeny Re |
| 50 000 | 0.0219 | A szivattyúzott víz közös tervezési régiója |
| 100 000 | 0.0194 | Közép turbulens; f stabilizálja |
| 1 000 000 | 0.0156 | Nagyon viharos; durvaság által kontrollált viselkedéshez közelít |
Gyakori buktatók, amelyek rossz súrlódási tényezőket okoznak
- A névleges csőméret használata a belső átmérő helyett: f függ ε/D-től, nyomásveszteség pedig L/D-től, tehát az ID kétszeresen számít.
- Darcy és Fanning súrlódási tényezők keverése: Ha az eredmény 4-szeresnek tűnik, ez a szokásos ok.
- A folyadék hőmérsékletének figyelmen kívül hagyása: viszkozitásváltozások Re; hidegebb víz növeli ν-t és növelheti f-et.
- Feltéve, hogy a rozsdamentes acél mindig „tökéletesen sima”: hegesztések, lerakódások vagy terméklerakódások indokolhatják nagyobb ε használatát, mint az új, tiszta cső.
- Nagy pontosság várható az átmeneti áramlásban: kezelje a 2300–4000-et bizonytalanként, és a tervezést árrésszel.
A lényeg: a rozsdamentes acélcső gyakran hozamot ad f 0,02 körül a közönséges turbulens vízszolgáltatásoknál, de a legmegbízhatóbb szám Re és ε/D-ből származik, szabványos korrelációt használva.
