For de fleste vann- og HVAC-strømmer i rustfritt stålrør er en praktisk Darcy-friksjonsfaktor typisk f ≈ 0,018–0,022 (helt turbulent, "glatt-til-mildt grovt" område). For høyere Reynolds-tall (veldig rask flyt), trender f ofte mot ~0,015–0,018 ; for lavere turbulente Reynolds-tall (nær 5 000–20 000), kan f være ~0,03–0,04 .
For å være nøyaktig, beregne f fra Reynolds tall (Re) og rustfritt stålruhet (ε) ved å bruke en eksplisitt korrelasjon (f.eks. Swamee–Jain eller Haalog) eller Colebrook-ligningen.
Friksjonsfaktor for rustfritt stålrør: hvilken verdi å bruke
Bruk Darcy friksjonsfaktor (også kalt Darcy–Weisbach friksjonsfaktor) med mindre diagrammet eller programvaren eksplisitt sier "Fanning." Darcy-faktoren er 4× Fanning-faktoren.
Et raskt, forsvarlig estimat når du ennå ikke vet den nøyaktige flyten er:
- Vann i typiske rustfrie rør (Re ~ 50 000–300 000): f ≈ 0,018–0,022
- Svært høy Re (~1 000 000): f nærmer seg ofte ~0,015–0,018
- Lavere turbulent Re (~5 000–20 000): f vanlig ~0,03–0,04
Avgrens deretter med beregningstrinnene nedenfor når du vet diameter, strømningshastighet og væskeviskositet.
Ruhet i rustfritt stål: inngangen som driver resultatet
Ved turbulent strømning avhenger friksjonsfaktoren sterkt av relativ grovhet (ε/D). Rustfritt stål er generelt "glatt", men det antatte ε betyr fortsatt noe.
| Overflate / antagelse | Absolutt ruhet, ε (mm) | Absolutt ruhet, ε (m) | Når du skal bruke |
|---|---|---|---|
| Rent rustfritt (vanlig designantakelse) | 0.015 | 1,5×10⁻⁵ | Nytt/rent rør, konservativ-men-glatt grunnlinje |
| Litt aldret/filmoppbygging (tommelfingerregel) | 0.03 | 3,0×10⁻⁵ | Hvis du forventer innskudd eller mindre kontrollert service |
| Ukjent tilstand (designmargin) | 0.045 | 4,5×10⁻⁵ | Når du trenger ekstra konservatisme |
Beregn relativ ruhet som ε/D ved å bruke indre diameter (ikke nominell størrelse). Selv små endringer i D eller ε/D kan merkbart endre f i det fullstendig turbulente området.
Trinn-for-trinn-beregning (Re → f) du kan stole på
1) Beregn Reynolds nummer
For et helt sirkulært rør:
Re = (V·D)/v
- V = gjennomsnittshastighet (m/s)
- D = indre diameter (m)
- ν = kinematisk viskositet (m²/s)
2) Velg riktig strømningsregimeregel
- Laminær (Re < 2300): f = 64/Re
- Overgangs (2300–4000): unngå "presisjon"; bekrefte med testdata eller bruk konservative marginer
- Turbulent (Re > 4000): bruk ε/D med en eksplisitt korrelasjon
3) Turbulent flyt: praktiske eksplisitte formler
To mye brukte eksplisitte alternativer (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 ] )
Hvis du itererer i programvare, er den klassiske referansen Colebrook (implisitt):
1/√f = -2·log10( (ε/(3.7D)) (2.51/(Re·√f)) )
Bearbeidet eksempel: friksjonsfaktor i rustfritt rør og trykkfall
Anta vann nær 20°C, ren rustfri ruhet e = 0,015 mm (1,5 x 10⁻⁵ m), og en innvendig rørdiameter D = 0,0525 m (omtrent en 2-tommers Schedule 40 ID). Strømningshastighet Q = 50 gpm (0,003154 m³/s).
Beregn hastighet og Reynolds tall
- Område A = πD²/4 = 0,002165 m²
- Hastighet V = Q/A = 1,46 m/s
- Kinematisk viskositet ν ≈ 1,0×10⁻⁶ m²/s
- Re = (V·D)/v ≈ 7.6×10⁴
- Relativ ruhet ε/D ≈ 2,86×10⁻⁴
Beregn friksjonsfaktor (Swamee–Jain)
Darcy friksjonsfaktor f ≈ 0.0203
Oversett f til trykktap (Darcy–Weisbach)
For lengde L = 100 m, tetthet ρ ≈ 998 kg/m³:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 kPa per 100 m (ca 4,2 m vannhøyde per 100 m).
Hurtigreferansetabell: friksjonsfaktor i rustfritt stål vs Reynolds-nummer
Verdiene nedenfor antar e = 0,015 mm and D = 0,0525 m (ε/D = 2,86×10⁻⁴), ved bruk av Swamee-Jain-korrelasjonen. Bruk denne for å sjekke resultatene dine.
| Reynolds nummer (Re) | Darcy friksjonsfaktor (f) | Typisk tolkning |
|---|---|---|
| 5000 | 0.038 | Lite turbulent; f fortsatt relativt høy |
| 10 000 | 0.031 | Tidlig turbulent; følsom for Re |
| 50 000 | 0.0219 | Felles designområde for pumpet vann |
| 100 000 | 0.0194 | Midt turbulent; f stabiliserer seg |
| 1 000 000 | 0.0156 | Veldig turbulent; nærmer seg grovhetskontrollert oppførsel |
Vanlige fallgruver som forårsaker feil friksjonsfaktorer
- Bruk av nominell rørstørrelse i stedet for innvendig diameter: f avhenger av ε/D og trykktap avhenger av L/D, så ID betyr to ganger.
- Blanding av Darcy og Fanning friksjonsfaktorer: hvis resultatet virker 4× av, er dette den vanlige årsaken.
- Ignorer væsketemperatur: viskositetsendringer Re; kaldere vann øker ν og kan øke f.
- Forutsatt at rustfritt alltid er "perfekt glatt": sveising, avleiring eller produktoppbygging kan rettferdiggjøre bruk av høyere ε enn nytt, rent rør.
- Forventer høy presisjon i overgangsflyt: behandle 2300–4000 som usikre og design med margin.
Bunnlinjen: rustfritt stålrør gir ofte etter f rundt 0,02 i vanlige turbulente vanntjenester, men det mest pålitelige tallet kommer fra Re og ε/D ved å bruke en standardkorrelasjon.
