Pentru majoritatea debitelor de apă și de tip HVAC în țevi din oțel inoxidabil, un factor practic de frecare Darcy este de obicei f ≈ 0,018–0,022 (complet turbulent, interval „neted până la ușor aspru”). Pentru numere Reynolds mai mari (flux foarte rapid), f are tendința adesea spre ~0,015–0,018 ; pentru numere Reynolds turbulente mai mici (aproape de 5.000–20.000), f poate fi ~0,03–0,04 .
Pentru a fi precis, calculați f din numărul Reynolds (Re) și rugozitatea oțelului inoxidabil (ε) folosind o corelație explicită (de exemplu, Swamee–Jain sau Haalşi) sau ecuația Colebrook.
Factorul de frecare pentru țeava din oțel inoxidabil: ce valoare să folosiți
Utilizați Factorul de frecare Darcy (numit și factor de frecare Darcy–Weisbach), cu excepția cazului în care graficul sau software-ul dvs. spune în mod explicit „Fanning”. Factorul Darcy este 4× factorul Fanning.
O estimare rapidă și susținabilă atunci când nu cunoașteți încă fluxul exact este:
- Apă în conducte tipice din inox (Re ~ 50.000–300.000): f ≈ 0,018–0,022
- Re foarte mare (~1.000.000): f se apropie adesea ~0,015–0,018
- Re turbulent inferior (~5.000–20.000): f frecvent ~0,03–0,04
Apoi rafinați cu pașii de calcul de mai jos, odată ce cunoașteți diametrul, debitul și vâscozitatea fluidului.
Rugozitatea oțelului inoxidabil: intrarea care conduce la rezultat
În debitul turbulent, factorul de frecare depinde foarte mult de rugozitate relativă (ε/D). Oțelul inoxidabil este în general „neted”, dar ε presupus încă contează.
| Suprafață / presupunere | Rugozitate absolută, ε (mm) | Rugozitate absolută, ε (m) | Când să utilizați |
|---|---|---|---|
| Inoxidabil curat (presupoziție de design comună) | 0.015 | 1,5×10⁻⁵ | Conductă nouă/curată, linie de bază conservatoare, dar netedă |
| Puțin îmbătrânit/acumulare de peliculă (regula generală) | 0.03 | 3,0×10⁻⁵ | Dacă vă așteptați la depozite sau la servicii mai puțin controlate |
| Stare necunoscută (marja de proiectare) | 0.045 | 4,5×10⁻⁵ | Când ai nevoie de un plus de conservatorism |
Calculați rugozitatea relativă ca ε/D folosind diametrul interior (nu dimensiunea nominală). Chiar și modificările mici în D sau ε/D pot schimba în mod vizibil f în regiunea complet turbulentă.
Calcul pas cu pas (Re → f) în care poți avea încredere
1) Calculați numărul Reynolds
Pentru o țeavă circulară completă:
Re = (V·D)/ν
- V = viteza medie (m/s)
- D = diametrul interior (m)
- ν = vâscozitatea cinematică (m²/s)
2) Alegeți regula corectă a regimului de curgere
- Laminar (Re < 2300): f = 64/Re
- Tranzitorie (2300–4000): evitați „precizia”; confirmați cu datele de testare sau utilizați marje conservatoare
- Turbulent (Re > 4000): utilizați ε/D cu o corelație explicită
3) Flux turbulent: formule practice explicite
Două opțiuni explicite utilizate pe scară largă (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 ] )
Dacă repeți în software, referința clasică este Colebrook (implicit):
1/√f = -2·log10( (ε/(3.7D)) (2.51/(Re·√f)) )
Exemplu lucrat: factor de frecare a conductei inoxidabile și cădere de presiune
Presupuneți apă aproape de 20°C, curățați rugozitatea inoxidabilului ε = 0,015 mm (1,5×10⁻⁵ m) și un diametru interior al țevii D = 0,0525 m (aproximativ un ID Schedule 40 de 2 inchi). Debitul Q = 50 gpm (0,003154 m³/s).
Calculați viteza și numărul Reynolds
- Suprafața A = πD²/4 = 0,002165 m²
- Viteza V = Q/A = 1,46 m/s
- Vâscozitatea cinematică ν ≈ 1,0×10⁻⁶ m²/s
- Re = (V·D)/ν ≈ 7,6×10⁴
- Rugozitate relativă ε/D ≈ 2,86×10⁻⁴
Calculați factorul de frecare (Swamee–Jain)
Factorul de frecare Darcy f ≈ 0.0203
Traduceți f în pierdere de presiune (Darcy–Weisbach)
Pentru lungimea L = 100 m, densitatea ρ ≈ 998 kg/m³:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 kPa la 100 m (aproximativ 4,2 m de înălțime de apă la 100 m).
Tabel de referință rapidă: factor de frecare din oțel inoxidabil față de numărul Reynolds
Valorile de mai jos presupun ε = 0,015 mm and D = 0,0525 m (ε/D = 2,86×10⁻⁴), folosind corelația Swamee–Jain. Folosiți-l pentru a vă verifica rezultatele.
| Numărul Reynolds (Re) | Factorul de frecare Darcy (f) | Interpretare tipică |
|---|---|---|
| 5.000 | 0.038 | Turbulente scăzute; f încă relativ mare |
| 10.000 | 0.031 | Turbulent timpuriu; sensibil la Re |
| 50.000 | 0.0219 | Regiunea de proiectare comună pentru apa pompată |
| 100.000 | 0.0194 | Turbulent mijlociu; f se stabilizează |
| 1.000.000 | 0.0156 | Foarte turbulent; abordează comportamentul controlat de rugozitate |
Capcane comune care cauzează factori de frecare greșiți
- Folosind dimensiunea nominală a conductei în loc de diametrul interior: f depinde de ε/D și pierderea de presiune depinde de L/D, deci ID contează de două ori.
- Amestecarea factorilor de frecare Darcy și Fanning: dacă rezultatul dvs. pare de 4x off, acesta este motivul obișnuit.
- Ignorarea temperaturii fluidului: modificări de vâscozitate Re; apa mai rece crește ν și poate crește f.
- Presupunând că inoxidabilul este întotdeauna „perfect neted”: sudurile, detartrarea sau acumularea de produs pot justifica utilizarea ε mai mare decât teava nouă, curată.
- Se așteaptă o mare precizie în fluxul de tranziție: tratați 2300–4000 ca nesigur și proiectați cu marjă.
Concluzie: țeava din oțel inoxidabil cedează adesea f în jur de 0,02 în serviciile comune de apă turbulente, dar cel mai sigur număr provine de la Re și ε/D folosind o corelație standard.
