For de fleste vog- og HVAC-type strømme i rustfrit stålrør er en praktisk Darcy-friktionsfaktor typisk f ≈ 0,018-0,022 (fuldt turbulent, "glat-til-mildt-ru" område). For højere Reynolds-tal (meget hurtigt flow), tendenser f ofte i retning af ~0,015-0,018 ; for lavere turbulente Reynolds-tal (nær 5.000-20.000), kan f være ~0,03-0,04 .
For at være nøjagtig skal du beregne f fra Reynolds tal (Re) og rustfrit stålruhed (ε) ved hjælp af en eksplicit korrelation (f.eks. Swamee–Jain eller Haaland) eller Colebrook-ligningen.
Friktionsfaktor for rustfrit stålrør: hvilken værdi skal bruges
Brug Darcy friktionsfaktor (også kaldet Darcy–Weisbach friktionsfaktor), medmindre dit diagram eller software udtrykkeligt siger "Fanning." Darcy-faktoren er 4× Fanning-faktoren.
Et hurtigt, forsvarligt skøn, når du endnu ikke kender det nøjagtige flow er:
- Vand i typisk rustfri rørføring (Re ~ 50.000–300.000): f ≈ 0,018–0,022
- Meget høj Re (~1.000.000): f nærmer sig ofte ~0,015-0,018
- Lavere turbulent Re (~5.000-20.000): f almindeligt ~0,03-0,04
Forfin derefter med beregningstrinene nedenfor, når du kender diameter, flowhastighed og væskeviskositet.
Ruhed i rustfrit stål: input, der driver resultatet
I turbulent flow afhænger friktionsfaktoren stærkt af relativ ruhed (ε/D). Rustfrit stål er generelt "glat", men det antagne ε har stadig betydning.
| Overflade / antagelse | Absolut ruhed, ε (mm) | Absolut ruhed, ε (m) | Hvornår skal bruges |
|---|---|---|---|
| Rent rustfrit (almindelig designantagelse) | 0.015 | 1,5×10⁻⁵ | Nyt/rent rør, konservativ-men glat basislinje |
| Let ældet/filmopbygning (tommelfingerregel) | 0.03 | 3,0×10⁻⁵ | Hvis du forventer indskud eller mindre kontrolleret service |
| Ukendt tilstand (designmargen) | 0.045 | 4,5 x 10⁻⁵ | Når du har brug for ekstra konservatisme |
Beregn relativ ruhed som ε/D ved hjælp af indvendig diameter (ikke nominel størrelse). Selv små ændringer i D eller ε/D kan mærkbart ændre f i det fuldt turbulente område.
Trin-for-trin beregning (Re → f), du kan stole på
1) Beregn Reynolds nummer
For et helt cirkulært rør:
Re = (V·D)/v
- V = gennemsnitshastighed (m/s)
- D = indre diameter (m)
- ν = kinematisk viskositet (m²/s)
2) Vælg den rigtige regel for flowregime
- Laminær (Re < 2300): f = 64/Re
- Overgangs (2300-4000): undgå "præcision"; bekræft med testdata eller brug konservative marginer
- Turbulent (Re > 4000): brug ε/D med en eksplicit korrelation
3) Turbulent flow: praktiske eksplicitte formler
To udbredte eksplicitte muligheder (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 software, er den klassiske reference Colebrook (implicit):
1/√f = -2·log10( (ε/(3.7D)) (2.51/(Re·√f))) )
Bearbejdet eksempel: rustfri rørfriktionsfaktor og trykfald
Antag vand nær 20°C, ren rustfri ruhed e = 0,015 mm (1,5 x 10⁻⁵ m) og en indvendig rørdiameter D = 0,0525 m (omtrent et 2-tommers Schedule 40 ID). Flowhastighed Q = 50 gpm (0,003154 m³/s).
Beregn hastighed og Reynolds tal
- Areal A = πD²/4 = 0,002165 m²
- Hastighed V = Q/A = 1,46 m/s
- Kinematisk viskositet ν ≈ 1,0×10⁻⁶ m²/s
- Re = (V·D)/v ≈ 7.6×10⁴
- Relativ ruhed ε/D ≈ 2,86×10⁻⁴
Beregn friktionsfaktor (Swamee–Jain)
Darcy friktionsfaktor f ≈ 0.0203
Oversæt f til tryktab (Darcy–Weisbach)
For længde L = 100 m, densitet ρ ≈ 998 kg/m³:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 kPa pr. 100 m (ca 4,2 m vandhøjde pr. 100 m).
Hurtig referencetabel: friktionsfaktor i rustfrit stål vs. Reynolds-nummer
Værdierne nedenfor antager e = 0,015 mm and D = 0,0525 m (ε/D = 2,86×10⁻⁴), ved brug af Swamee-Jain-korrelationen. Brug dette til at tjekke dine resultater.
| Reynolds nummer (Re) | Darcy friktionsfaktor (f) | Typisk fortolkning |
|---|---|---|
| 5.000 | 0.038 | Lavt turbulent; f stadig relativt høj |
| 10.000 | 0.031 | Tidlig turbulent; følsom over for Re |
| 50.000 | 0.0219 | Fælles designområde for pumpet vand |
| 100.000 | 0.0194 | Midt turbulent; f stabiliserer sig |
| 1.000.000 | 0.0156 | Meget turbulent; nærmer sig ruhedskontrolleret adfærd |
Almindelige faldgruber, der forårsager forkerte friktionsfaktorer
- Brug af nominel rørstørrelse i stedet for indvendig diameter: f afhænger af ε/D og tryktab afhænger af L/D, så ID betyder to gange.
- Blanding af Darcy og Fanning friktionsfaktorer: hvis dit resultat virker 4× off, er dette den sædvanlige årsag.
- Ignorer væsketemperatur: viskositetsændringer Re; koldere vand stiger ν og kan øge f.
- Forudsat at rustfrit altid er "perfekt glat": svejsninger, afskalning eller produktopbygning kan retfærdiggøre brug af højere ε end nyt, rent rør.
- Forventer høj præcision i overgangsflow: behandle 2300–4000 som usikre og design med margin.
Nederste linje: rustfrit stålrør giver ofte efter f omkring 0,02 i almindelige turbulente vandtjenester, men det mest pålidelige tal kommer fra Re og ε/D ved hjælp af en standardkorrelation.
