Pre väčšinu prietokov vody a HVAC v potrubí z nehrdzavejúcej ocele je zvyčajne praktický faktor trenia Darcy f ≈ 0,018–0,022 (plne turbulentný rozsah „hladký až mierne drsný“). Pre vyššie Reynoldsove čísla (veľmi rýchly tok) f často smeruje k ~0,015–0,018 ; pre nižšie turbulentné Reynoldsove čísla (okolo 5 000 – 20 000) môže byť f ~0,03–0,04 .
Pre presnosť vypočítajte f z Reynoldsovho čísla (Re) a drsnosti nehrdzavejúcej ocele (ε) pomocou explicitnej korelácie (napr. Swamee-Jain alebo Haala) alebo Colebrookovej rovnice.
Faktor trenia pre rúrky z nehrdzavejúcej ocele: akú hodnotu použiť
Použite Darcyho koeficient trenia (tiež nazývaný Darcy-Weisbachov koeficient trenia), pokiaľ vaša tabuľka alebo softvér výslovne neuvádza „Fanning“. Faktor Darcy je 4× faktor Fanning.
Rýchly a obhájiteľný odhad, keď ešte nepoznáte presný tok, je:
- Voda v typickom nerezovom potrubí (Re ~ 50 000–300 000): f ≈ 0,018–0,022
- Veľmi vysoké Re (~1 000 000): f sa často blíži ~0,015–0,018
- Nižšie turbulentné Re (~ 5 000–20 000): f bežne ~0,03–0,04
Potom spresnite pomocou krokov výpočtu nižšie, keď poznáte priemer, prietok a viskozitu kvapaliny.
Drsnosť nehrdzavejúcej ocele: vstup, ktorý riadi výsledok
Pri turbulentnom prúdení faktor trenia silne závisí od relatívna drsnosť (E/D). Nehrdzavejúca oceľ je vo všeobecnosti „hladká“, ale na predpokladanom ε stále záleží.
| Povrch / predpoklad | Absolútna drsnosť, ε (mm) | Absolútna drsnosť, ε (m) | Kedy použiť |
|---|---|---|---|
| Čistá nehrdzavejúca (bežný konštrukčný predpoklad) | 0.015 | 1,5 × 10⁻⁵ | Nové/čisté potrubie, konzervatívna, ale hladká základná línia |
| Mierne zostarnutie/nahromadenie filmu (pravidlo) | 0.03 | 3,0 × 10⁻⁵ | Ak očakávate vklady alebo menej kontrolovanú službu |
| Neznámy stav (rozpätie návrhu) | 0.045 | 4,5 × 10⁻⁵ | Keď potrebujete extra konzervativizmus |
Vypočítajte relatívnu drsnosť ako ε/D pomocou vnútorný priemer (nie nominálna veľkosť). Aj malé zmeny v D alebo ε/D môžu výrazne zmeniť f v plne turbulentnej oblasti.
Výpočet krok za krokom (Re → f), ktorému môžete dôverovať
1) Vypočítajte Reynoldsovo číslo
Pre plné kruhové potrubie:
Re = (V-D)/v
- V = priemerná rýchlosť (m/s)
- D = vnútorný priemer (m)
- ν = kinematická viskozita (m²/s)
2) Zvoľte si správne pravidlo prietokového režimu
- Laminárne (Re < 2300): f = 64/Re
- Prechodné (2300–4000): vyhnite sa „presnosti“; potvrďte údajmi z testu alebo použite konzervatívne okraje
- Turbulentné (Re > 4000): použite ε/D s explicitnou koreláciou
3) Turbulentné prúdenie: praktické explicitné vzorce
Dve široko používané explicitné možnosti (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 ] )
Ak iterujete v softvéri, klasickým odkazom je Colebrook (implicitne):
1/√f = -2·log10( (ε/(3,7D)) (2,51/(Re·√f)))
Pracovný príklad: koeficient trenia nehrdzavejúcej rúry a pokles tlaku
Predpokladajme, že voda má teplotu blízkou 20 °C, očistite drsnosť nehrdzavejúcej ocele e = 0,015 mm (1,5 x 10⁻⁵ m) a vnútorný priemer potrubia D = 0,0525 m (asi 2-palcový Schedule 40 ID). Prietok Q = 50 gpm (0,003154 m³/s).
Vypočítajte rýchlosť a Reynoldsovo číslo
- Plocha A = πD²/4 = 0,002165 m²
- Rýchlosť V = Q/A = 1,46 m/s
- Kinematická viskozita ν ≈ 1,0×10⁻⁶ m²/s
- Re = (V-D)/v ≈ 7.6×10⁴
- Relatívna drsnosť ε/D ≈ 2,86×10⁻⁴
Vypočítajte koeficient trenia (Swamee-Jain)
Darcyho koeficient trenia f ≈ 0.0203
Preložiť f na tlakovú stratu (Darcy–Weisbach)
Pre dĺžku L = 100 m, hustotu ρ ≈ 998 kg/m³:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 kPa na 100 m (asi 4,2 m spád vody na 100 m).
Rýchla referenčná tabuľka: koeficient trenia z nehrdzavejúcej ocele vs Reynoldsovo číslo
Hodnoty uvedené nižšie predpokladajú e = 0,015 mm and D = 0,0525 m (ε/D = 2,86 × 10⁻⁴), použitím korelácie Swamee–Jain. Použite to na kontrolu vašich výsledkov.
| Reynoldsovo číslo (Re) | Darcyho koeficient trenia (f) | Typický výklad |
|---|---|---|
| 5 000 | 0.038 | Nízke turbulentné; f je stále relatívne vysoká |
| 10 000 | 0.031 | Skoré turbulentné; citlivý na Re |
| 50 000 | 0.0219 | Spoločná konštrukčná oblasť pre čerpanú vodu |
| 100 000 | 0.0194 | Stredne turbulentné; f sa stabilizuje |
| 1 000 000 | 0.0156 | Veľmi turbulentné; približuje správanie riadené drsnosťou |
Bežné úskalia, ktoré spôsobujú nesprávne faktory trenia
- Použitie menovitého rozmeru potrubia namiesto vnútorného priemeru: f závisí od ε/D a tlaková strata závisí od L/D, takže na ID záleží dvakrát.
- Miešanie trecích faktorov Darcy a Fanning: ak sa váš výsledok zdá byť 4× nižší, je to zvyčajný dôvod.
- Ignorovanie teploty kvapaliny: zmeny viskozity Re; chladnejšia voda zvyšuje ν a môže zvyšovať f.
- Za predpokladu, že nerez je vždy „dokonale hladký“: zvary, tvorba vodného kameňa alebo nánosy produktu môžu odôvodniť použitie vyššieho ε ako nového, čistého potrubia.
- Očakávanie vysokej presnosti v prechodovom toku: považovať 2300–4000 za neisté a navrhnúť s rezervou.
Zrátané a podčiarknuté: rúrka z nehrdzavejúcej ocele sa často poddá f okolo 0,02 v bežných turbulentných vodných službách, ale najspoľahlivejšie číslo pochádza z Re a ε/D pomocou štandardnej korelácie.
