Za većinu protoka vode i HVAC tipa u cijevima od nehrđajućeg čelika, praktični Darcyjev faktor trenja obično je f ≈ 0,018–0,022 (potpuno turbulentan, raspon "glatko do blago grubo"). Za veće Reynoldsove brojeve (vrlo brz protok), f često teži prema ~0,015–0,018 ; za niže turbulentne Reynoldsove brojeve (blizu 5.000–20.000), f može biti ~0,03–0,04 .
Da biste bili točni, izračunajte f iz Reynoldsovog broja (Re) i hrapavosti nehrđajućeg čelika (ε) pomoću eksplicitne korelacije (npr. Swamee–Jain ili Haali) ili Colebrookove jednadžbe.
Faktor trenja za cijevi od nehrđajućeg čelika: koju vrijednost koristiti
Koristite Darcyjev faktor trenja (također nazvan Darcy–Weisbach faktor trenja) osim ako vaš grafikon ili softver izričito ne kaže "Fanning". Darcyjev faktor je 4× faktor Fanning.
Brza, obranjiva procjena kada još ne znate točan protok je:
- Voda u tipičnom nehrđajućem cjevovodu (Re ~ 50 000–300 000): f ≈ 0,018–0,022
- Vrlo visok Re (~1.000.000): f se često približava ~0,015–0,018
- Donji turbulentni Re (~5000-20,000): f obično ~0,03–0,04
Zatim pročistite korake izračuna u nastavku kada saznate promjer, brzinu protoka i viskoznost tekućine.
Hrapavost nehrđajućeg čelika: ulaz koji pokreće rezultat
U turbulentnom strujanju faktor trenja jako ovisi o relativna hrapavost (ε/D). Nehrđajući čelik općenito je "gladak", ali pretpostavljeni ε je još uvijek važan.
| Površina / pretpostavka | Apsolutna hrapavost, ε (mm) | Apsolutna hrapavost, ε (m) | Kada koristiti |
|---|---|---|---|
| Čisti nehrđajući (uobičajena pretpostavka dizajna) | 0.015 | 1,5×10⁻⁵ | Nova/čista cijev, konzervativna, ali glatka osnovna linija |
| Lagano ostarjelo/sloj (približno pravilo) | 0.03 | 3,0×10⁻⁵ | Ako očekujete depozite ili manje kontroliranu uslugu |
| Nepoznato stanje (dizajn margina) | 0.045 | 4,5×10⁻⁵ | Kada vam treba dodatni konzervativizam |
Izračunajte relativnu hrapavost kao ε/D pomoću unutarnji promjer (nije nominalna veličina). Čak i male promjene D ili ε/D mogu značajno promijeniti f u potpuno turbulentnom području.
Izračun korak po korak (Re → f) kojem možete vjerovati
1) Izračunajte Reynoldsov broj
Za punu kružnu cijev:
Re = (V·D)/ν
- V = prosječna brzina (m/s)
- D = unutarnji promjer (m)
- ν = kinematička viskoznost (m²/s)
2) Odaberite pravo pravilo režima protoka
- Laminarno (Re < 2300): f = 64/Re
- Prijelazni (2300–4000): izbjegavajte "preciznost"; potvrdite testnim podacima ili koristite konzervativne margine
- Turbulentno (Re > 4000): koristite ε/D s eksplicitnom korelacijom
3) Turbulentno strujanje: praktične eksplicitne formule
Dvije široko korištene eksplicitne opcije (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] )
Ako ponavljate softver, klasična referenca je Colebrook (implicitno):
1/√f = -2·log10( (ε/(3,7D)) (2,51/(Re·√f)) )
Radni primjer: faktor trenja nehrđajuće cijevi i pad tlaka
Pretpostavimo da je voda blizu 20°C, očistite hrapavost od nehrđajućeg čelika ε = 0,015 mm (1,5×10⁻⁵ m), i unutarnji promjer cijevi D = 0,0525 m (otprilike 2-inčni Schedule 40 ID). Brzina protoka Q = 50 gpm (0,003154 m³/s).
Izračunajte brzinu i Reynoldsov broj
- Površina A = πD²/4 = 0,002165 m²
- Brzina V = Q/A = 1,46 m/s
- Kinematička viskoznost ν ≈ 1,0×10⁻⁶ m²/s
- Re = (V·D)/ν ≈ 7,6×104
- Relativna hrapavost ε/D ≈ 2,86×10⁻4
Izračunajte faktor trenja (Swamee–Jain)
Darcyjev faktor trenja f ≈ 0.0203
Prevedite f u gubitak tlaka (Darcy–Weisbach)
Za duljinu L = 100 m, gustoću ρ ≈ 998 kg/m³:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 kPa na 100 m (otprilike 4,2 m pad vode na 100 m).
Brza referentna tablica: faktor trenja nehrđajućeg čelika u odnosu na Reynoldsov broj
Vrijednosti u nastavku pretpostavljaju ε = 0,015 mm and D = 0,0525 m (ε/D = 2,86×10⁻4), koristeći Swamee–Jain korelaciju. Koristite ovo za zdravstvenu provjeru svojih rezultata.
| Reynoldsov broj (Re) | Darcyjev faktor trenja (f) | Tipično tumačenje |
|---|---|---|
| 5,000 | 0.038 | Niska turbulentnost; f još uvijek relativno visoka |
| 10.000 | 0.031 | Rano turbulentno; osjetljiv na Re |
| 50.000 | 0.0219 | Zajedničko projektirano područje za pumpanu vodu |
| 100.000 | 0.0194 | Srednje turbulentno; f se stabilizira |
| 1,000,000 | 0.0156 | Vrlo turbulentno; pristupa ponašanju kontroliranom grubošću |
Uobičajene zamke koje uzrokuju pogrešne faktore trenja
- Korištenje nominalne veličine cijevi umjesto unutarnjeg promjera: f ovisi o ε/D, a gubitak tlaka ovisi o L/D, tako da je ID dvostruko bitan.
- Miješanje faktora trenja Darcyja i Fanninga: ako se vaš rezultat čini 4× manjim, to je uobičajeni razlog.
- Ignoriranje temperature tekućine: promjene viskoznosti Re; hladnija voda povećava ν i može povećati f.
- Pod pretpostavkom da je nehrđajući metal uvijek "savršeno gladak": varovi, kamenac ili nakupljanje proizvoda mogu opravdati korištenje većeg ε od nove, čiste cijevi.
- Očekivanje visoke preciznosti u prijelaznom toku: tretirajte 2300–4000 kao nesigurne i dizajnirajte s marginom.
Zaključak: cijev od nehrđajućeg čelika često popušta f oko 0,02 u uobičajenim turbulentnim vodnim uslugama, ali najpouzdaniji broj dolazi iz Re i ε/D korištenjem standardne korelacije.
