英语
俄语Для большинства потоков воды и систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в трубах из нержавеющей стали практический коэффициент трения Дарси обычно равен е ≈ 0,018–0,022 (полностью турбулентный, диапазон от «гладкого до умеренно грубого»). Для более высоких чисел Рейнольдса (очень быстрый поток) f часто имеет тенденцию к ~0,015–0,018 ; для более низких турбулентных чисел Рейнольдса (около 5 000–20 000) f может быть ~0,03–0,04 .
Чтобы быть точным, вычислите f на основе числа Рейнольдса (Re) и шероховатости нержавеющей стали (ε), используя явную корреляцию (например, Свами-Джайна или Хааланда) или уравнение Колбрука.
Коэффициент трения для трубы из нержавеющей стали: какое значение использовать
Используйте Коэффициент трения Дарси (также называемый коэффициентом трения Дарси-Вейсбаха), если только на вашей диаграмме или в программном обеспечении явно не указано «Фаннинг». Фактор Дарси – это 4× Фактор Фаннинга.
Быстрая и оправданная оценка, когда вы еще не знаете точный поток:
- Вода в типовых трубопроводах из нержавеющей стали (Re ~ 50 000–300 000): f ≈ 0,018–0,022.
- Очень высокое Re (~1 000 000): f часто приближается к ~0,015–0,018
- Нижний турбулентный Re (~ 5 000–20 000): f обычно ~0,03–0,04
Затем уточните шаги расчета, приведенные ниже, как только вы узнаете диаметр, скорость потока и вязкость жидкости.
Шероховатость нержавеющей стали: вклад, определяющий результат
В турбулентном потоке коэффициент трения сильно зависит от относительная шероховатость (ε/D). Нержавеющая сталь обычно «гладкая», но предполагаемое значение ε по-прежнему имеет значение.
| Поверхность/предположение | Абсолютная шероховатость, ε (мм) | Абсолютная шероховатость, ε (м) | Когда использовать |
|---|---|---|---|
| Чистая нержавеющая сталь (обычное проектное предположение) | 0.015 | 1,5×10⁻⁵ | Новая/чистая труба, консервативная, но гладкая базовая линия. |
| Немного состаренный/пленочный налет (практическое правило) | 0.03 | 3,0×10⁻⁵ | Если вы ожидаете депозитов или менее контролируемого обслуживания |
| Неизвестное состояние (проектный запас) | 0.045 | 4,5×10⁻⁵ | Когда нужен дополнительный консерватизм |
Рассчитайте относительную шероховатость как ε/D, используя внутренний диаметр (не номинальный размер). Даже небольшие изменения D или ε/D могут заметно изменить f в полностью турбулентной области.
Пошаговый расчет (Re → f), которому можно доверять
1) Вычислить число Рейнольдса
Для полной круглой трубы:
Re = (V·D)/ν
- V = средняя скорость (м/с)
- D = внутренний диаметр (м)
- ν = кинематическая вязкость (м²/с)
2) Выберите правильное правило режима потока.
- Ламинарный (Re < 2300): f = 64/Re
- Переходный период (23:00–40:00): избегайте «точности»; подтвердите данными испытаний или используйте консервативные пределы
- Турбулентный (Re > 4000): используйте ε/D с явной корреляцией.
3) Турбулентное течение: практические явные формулы
Два широко используемых явных варианта (Дарси f):
- Свами-Джайн: f = 0,25 / [log10( (ε/(3,7D)) (5,74/Re^0,9))]^2
- Хааланд: 1/√f = -1,8·log10( [ (ε/(3,7D))^1,11 ] [ 6,9/Re ] )
Если вы выполняете итерации в программном обеспечении, классическим примером является Colebrook (неявный):
1/√f = -2·log10( (ε/(3,7D)) (2,51/(Re·√f)) )
Рабочий пример: коэффициент трения трубы из нержавеющей стали и перепад давления.
Предположим, что вода имеет температуру около 20°C, очистите шероховатости нержавеющей стали. ε = 0,015 мм (1,5×10⁻⁵ м), а внутренний диаметр трубы Д = 0,0525 м (около 2-дюймового ID Schedule 40). Скорость потока Q = 50 галлонов в минуту (0,003154 м³/с).
Вычислить скорость и число Рейнольдса
- Площадь A = πD²/4 = 0,002165 м²
- Скорость V = Q/A = 1,46 м/с
- Кинематическая вязкость ν ≈ 1,0×10⁻⁶ м²/с.
- Re = (V·D)/ν ≈ 7,6×10⁴
- Относительная шероховатость ε/D ≈ 2,86×10⁻⁴.
Вычислить коэффициент трения (Свами – Джайн)
Коэффициент трения Дарси f ≈ 0.0203
Перевести f в потерю давления (Дарси – Вейсбах).
Для длины L = 100 м плотность ρ ≈ 998 кг/м³:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 кПа на 100 м (о 4,2 м напора воды на 100 м).
Краткая справочная таблица: коэффициент трения нержавеющей стали в зависимости от числа Рейнольдса
Значения ниже предполагают ε = 0,015 мм и Д = 0,0525 м (ε/D = 2,86×10⁻⁴), используя корреляцию Свами-Джайна. Используйте это, чтобы проверить свои результаты.
| Число Рейнольдса (Re) | Коэффициент трения Дарси (f) | Типичная интерпретация |
|---|---|---|
| 5000 | 0.038 | Низкая турбулентность; f все еще относительно высока |
| 10 000 | 0.031 | Ранний неспокойный; чувствителен к Re |
| 50 000 | 0.0219 | Общая расчетная область для перекачиваемой воды |
| 100 000 | 0.0194 | Средний турбулентный; f стабилизируется |
| 1 000 000 | 0.0156 | Очень неспокойный; приближается к поведению, контролируемому по шероховатости |
Распространенные ошибки, приводящие к неправильным коэффициентам трения
- Использование номинального размера трубы вместо внутреннего диаметра: f зависит от ε/D, а потеря давления зависит от L/D, поэтому ID имеет двойное значение.
- Смешение факторов трения Дарси и Фаннинга: если ваш результат кажется в 4 раза ошибочным, это обычная причина.
- Игнорирование температуры жидкости: изменения вязкости Re; более холодная вода увеличивает ν и может увеличить f.
- Предположим, что нержавеющая сталь всегда «идеально гладкая»: Сварные швы, окалина или скопления продукта могут оправдать использование более высокого ε, чем у новой, чистой трубы.
- Ожидается высокая точность в переходном потоке: рассматривать 2300–4000 как неопределенные и проектировать с запасом.
Итог: труба из нержавеющей стали часто поддается f около 0,02 в обычных турбулентных системах водоснабжения, но наиболее надежное число получается из Re и ε/D с использованием стандартной корреляции.
