برای اکثر جریان های آب و HVAC در لوله های فولادی ضد زنگ، معمولاً یک ضریب اصطکاک دارسی عملی است. f ≈ 0.018-0.022 (محدوده کاملاً متلاطم، "صاف تا خفیف خشن"). برای اعداد رینولدز بالاتر (جریان بسیار سریع)، f اغلب به سمت گرایش دارد ~0.015-0.018 ; برای اعداد رینولدز آشفته کمتر (نزدیک به 5000 تا 20000)، f ممکن است ~0.03-0.04 .
برای دقیق بودن، f را از عدد رینولدز (Re) و زبری فولاد ضد زنگ (ε) با استفاده از یک همبستگی صریح (به عنوان مثال، Swamee-Jain یا Haalو) یا معادله Colebrook محاسبه کنید.
ضریب اصطکاک برای لوله فولادی ضد زنگ: چه ارزشی باید استفاده شود
استفاده کنید ضریب اصطکاک دارسی (همچنین ضریب اصطکاک دارسی-وایزباخ نیز نامیده می شود) مگر اینکه نمودار یا نرم افزار شما به صراحت «فنینگ» را نوشته باشد. عامل دارسی است 4× فاکتور فنینگ
یک تخمین سریع و قابل دفاع زمانی که هنوز جریان دقیق آن را نمی دانید:
- آب در لوله کشی معمولی ضد زنگ (Re ~ 50000-300,000): f ≈ 0.018-0.022
- Re بسیار بالا (~1,000,000): f اغلب نزدیک می شود ~0.015-0.018
- واکنش آشفته پایین تر (~5000-20000): f معمولاً ~0.03-0.04
سپس با دانستن قطر، سرعت جریان و ویسکوزیته سیال، مراحل محاسبه زیر را اصلاح کنید.
زبری فولاد ضد زنگ: ورودی که نتیجه را هدایت می کند
در جریان آشفته، ضریب اصطکاک به شدت به آن بستگی دارد زبری نسبی (ε/D). فولاد ضد زنگ به طور کلی "صاف" است، اما ε فرضی هنوز اهمیت دارد.
| سطح / فرض | زبری مطلق، ε (mm) | زبری مطلق، ε (m) | زمان استفاده |
|---|---|---|---|
| ضد زنگ تمیز (فرض طراحی رایج) | 0.015 | 1.5×10-5 | لوله جدید/تمیز، خط پایه محافظه کارانه اما صاف |
| کمی کهنه/تولید فیلم (قاعده سرانگشتی) | 0.03 | 3.0×10-5 | اگر انتظار سپرده گذاری یا خدمات کمتر کنترل شده دارید |
| شرایط نامشخص (حاشیه طراحی) | 0.045 | 4.5×10-5 | زمانی که به محافظه کاری اضافی نیاز دارید |
زبری نسبی را به صورت ε/D با استفاده از قطر داخلی (اندازه اسمی نیست). حتی تغییرات کوچک در D یا ε/D می تواند به طور قابل توجهی f را در ناحیه کاملاً متلاطم تغییر دهد.
محاسبه گام به گام (Re → f) که می توانید به آن اعتماد کنید
1) عدد رینولدز را محاسبه کنید
برای یک لوله دایره ای کامل:
Re = (V·D)/ν
- V = سرعت متوسط (m/s)
- D = قطر داخلی (m)
- ν = ویسکوزیته سینماتیکی (m²/s)
2) قانون رژیم جریان مناسب را انتخاب کنید
- لامینار (Re < 2300): f = 64/Re
- انتقالی (2300-4000): از "دقت" اجتناب کنید. با داده های آزمایشی تأیید کنید یا از حاشیه های محافظه کارانه استفاده کنید
- آشفته (Re > 4000): از ε/D با یک همبستگی صریح استفاده کنید
3) جریان آشفته: فرمول های صریح عملی
دو گزینه صریح پرکاربرد (دارسی f):
- سوامی-جین: f = 0.25 / [log10( (ε/(3.7D)) (5.74/Re^0.9))]^2
- هالند: 1/√f = -1.8·log10( [ (ε/(3.7D))^1.11 ] [ 6.9/Re ] )
اگر در نرم افزار تکرار می کنید، مرجع کلاسیک Colebrook است (ضمنی):
1/√f = -2·log10( (ε/(3.7D)) (2.51/(Re·√f)))
مثال کار شده: ضریب اصطکاک لوله ضد زنگ و افت فشار
آب را نزدیک به 20 درجه سانتیگراد فرض کنید، زبری ضد زنگ را تمیز کنید ε = 0.015 میلی متر (1.5×10-5 متر) و قطر داخلی لوله D = 0.0525 متر (تقریباً شناسه برنامه 40 2 اینچی). نرخ جریان Q = 50 گرم در دقیقه (0.003154 m³/s).
سرعت و عدد رینولدز را محاسبه کنید
- مساحت A = πD²/4 = 0.002165 متر مربع
- سرعت V = Q/A = 1.46 متر بر ثانیه
- ویسکوزیته سینماتیک ν ≈ 1.0×10-6 m²/s
- Re = (V·D)/ν ≈ 7.6×104
- زبری نسبی ε/D ≈ 2.86×10-4
محاسبه ضریب اصطکاک (سوامی-جین)
ضریب اصطکاک دارسی f ≈ 0.0203
ترجمه f به افت فشار (دارسی-وایزباخ)
برای طول L = 100 متر، چگالی ρ ≈ 998 kg/m³:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 کیلو پاسکال در هر 100 متر (در مورد 4.2 متر سر آب در 100 متر).
جدول مرجع سریع: ضریب اصطکاک فولاد ضد زنگ در مقابل عدد رینولدز
مقادیر زیر فرض می شود ε = 0.015 میلی متر and D = 0.0525 متر (ε/D = 2.86×10-4)، با استفاده از همبستگی Swamee-Jain. از این برای بررسی نتایج خود استفاده کنید.
| عدد رینولدز (Re) | ضریب اصطکاک دارسی (f) | تفسیر معمولی |
|---|---|---|
| 5000 | 0.038 | متلاطم کم؛ f هنوز نسبتاً بالاست |
| 10000 | 0.031 | آشفته اولیه؛ حساس به Re |
| 50,000 | 0.0219 | منطقه طراحی مشترک برای آب پمپاژ شده |
| 100000 | 0.0194 | میانه آشفته؛ f تثبیت می شود |
| 1,000,000 | 0.0156 | بسیار متلاطم؛ به رفتار کنترل شده با زبری نزدیک می شود |
مشکلات رایجی که باعث عوامل اصطکاک اشتباه می شوند
- استفاده از اندازه اسمی لوله به جای قطر داخلی: f به ε/D و افت فشار به L/D بستگی دارد، بنابراین ID دو بار اهمیت دارد.
- ترکیب عوامل اصطکاک دارسی و فنینگ: اگر نتیجه شما 4× پایین به نظر می رسد، این دلیل معمول است.
- نادیده گرفتن دمای مایع: ویسکوزیته تغییرات Re; آب سردتر ν را افزایش می دهد و می تواند f را افزایش دهد.
- با فرض اینکه ضد زنگ همیشه "کاملا صاف" است: جوش، پوسته پوسته شدن، یا تجمع محصول می تواند استفاده از ε بالاتر از لوله جدید و تمیز را توجیه کند.
- انتظار دقت بالا در جریان انتقالی: 2300-4000 را نامشخص در نظر بگیرید و با حاشیه طراحی کنید.
خط پایین: لوله فولادی ضد زنگ اغلب بازدهی دارد f حدود 0.02 در خدمات متداول آب متلاطم، اما قابل اطمینان ترین عدد از Re و ε/D با استفاده از یک همبستگی استاندارد می آید.
