Pro většinu průtoků vody a HVAC v potrubí z nerezové oceli je obvykle praktický Darcyho faktor tření f ≈ 0,018–0,022 (plně turbulentní, rozsah „hladký až mírně hrubý“). Pro vyšší Reynoldsova čísla (velmi rychlý tok) f často směřuje k ~0,015–0,018 ; pro nižší turbulentní Reynoldsova čísla (blízko 5 000–20 000) může být f ~0,03–0,04 .
Pro přesnost vypočítejte f z Reynoldsova čísla (Re) a drsnosti nerezové oceli (ε) pomocí explicitní korelace (např. Swamee–Jain nebo Haala) nebo Colebrookovy rovnice.
Faktor tření pro trubky z nerezové oceli: jakou hodnotu použít
Použijte Darcyho faktor tření (také nazývaný Darcy-Weisbachův třecí faktor), pokud váš graf nebo software výslovně neříká „Fanning“. Faktor Darcy je 4× faktor Fanning.
Rychlý a obhajitelný odhad, když ještě neznáte přesný tok, je:
- Voda v typickém nerezovém potrubí (Re ~ 50 000–300 000): f ≈ 0,018–0,022
- Velmi vysoké Re (~1 000 000): f se často blíží ~0,015–0,018
- Nižší turbulentní Re (~5 000–20 000): f běžně ~0,03–0,04
Poté upřesněte pomocí níže uvedených kroků výpočtu, jakmile budete znát průměr, průtok a viskozitu kapaliny.
Drsnost nerezové oceli: vstup, který řídí výsledek
Při turbulentním proudění závisí faktor tření silně na relativní drsnost (E/D). Nerezová ocel je obecně „hladká“, ale předpokládané ε stále záleží.
| Povrch / předpoklad | Absolutní drsnost, ε (mm) | Absolutní drsnost, ε (m) | Kdy použít |
|---|---|---|---|
| Čistý nerez (běžný konstrukční předpoklad) | 0.015 | 1,5×10⁻⁵ | Nová/čistá trubka, konzervativní, ale hladká základní linie |
| Mírně zestárlý/nahromaděný film (pravidlo) | 0.03 | 3,0×10⁻⁵ | Pokud očekáváte vklady nebo méně kontrolované služby |
| Neznámý stav (rozpětí návrhu) | 0.045 | 4,5×10⁻⁵ | Když potřebujete extra konzervatismus |
Vypočítejte relativní drsnost jako ε/D pomocí vnitřní průměr (není jmenovitá velikost). I malé změny v D nebo ε/D mohou znatelně změnit f v plně turbulentní oblasti.
Výpočet krok za krokem (Re → f), kterému můžete věřit
1) Vypočítejte Reynoldsovo číslo
Pro plné kruhové potrubí:
Re = (V-D)/v
- V = průměrná rychlost (m/s)
- D = vnitřní průměr (m)
- ν = kinematická viskozita (m²/s)
2) Zvolte správné pravidlo režimu proudění
- Laminární (Re < 2300): f = 64/Re
- Přechodné (2300–4000): vyhněte se „přesnosti“; potvrďte pomocí testovacích dat nebo použijte konzervativní okraje
- Turbulentní (Re > 4000): použijte ε/D s explicitní korelací
3) Turbulentní proudění: praktické explicitní vzorce
Dvě široce používané explicitní 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 ] )
Pokud iterujete v softwaru, klasickým odkazem je Colebrook (implicitní):
1/√f = -2·log10( (ε/(3,7D)) (2,51/(Re·√f)))
Pracovní příklad: koeficient tření nerezové trubky a tlaková ztráta
Předpokládejme, že voda má teplotu blízkou 20°C, očistěte nerezovou drsnost e = 0,015 mm (1,5 x 10⁻⁵ m) a vnitřní průměr trubky D = 0,0525 m (asi 2-palcový Schedule 40 ID). Průtok Q = 50 gpm (0,003154 m³/s).
Vypočítejte rychlost a Reynoldsovo číslo
- Plocha A = πD²/4 = 0,002165 m²
- Rychlost V = Q/A = 1,46 m/s
- Kinematická viskozita ν ≈ 1,0×10⁻⁶ m²/s
- Re = (V-D)/v ≈ 7.6×10⁴
- Relativní drsnost ε/D ≈ 2,86×10⁻⁴
Vypočítat faktor tření (Swamee–Jain)
Darcyho faktor tření f ≈ 0.0203
Převést f na tlakovou ztrátu (Darcy–Weisbach)
Pro délku L = 100 m, hustotu ρ ≈ 998 kg/m³:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 kPa na 100 m (asi 4,2 m vodního spádu na 100 m).
Rychlá referenční tabulka: koeficient tření z nerezové oceli vs. Reynoldsovo číslo
Níže uvedené hodnoty předpokládají e = 0,015 mm and D = 0,0525 m (ε/D = 2,86×10⁻⁴), s použitím korelace Swamee–Jain. Použijte to ke kontrole vašich výsledků.
| Reynoldsovo číslo (Re) | Darcyho faktor tření (f) | Typický výklad |
|---|---|---|
| 5 000 | 0.038 | Nízko turbulentní; f stále relativně vysoké |
| 10 000 | 0.031 | Brzy turbulentní; citlivý na Re |
| 50 000 | 0.0219 | Společná konstrukční oblast pro čerpanou vodu |
| 100 000 | 0.0194 | Středně turbulentní; f se stabilizuje |
| 1 000 000 | 0.0156 | Velmi turbulentní; přibližuje chování řízené drsností |
Běžná úskalí, která způsobují nesprávné třecí faktory
- Použití jmenovité velikosti trubky místo vnitřního průměru: f závisí na ε/D a tlaková ztráta závisí na L/D, takže na ID záleží dvakrát.
- Kombinace třecích faktorů Darcy a Fanning: pokud se váš výsledek zdá 4× nižší, je to obvyklý důvod.
- Ignorování teploty kapaliny: změny viskozity Re; studenější voda zvyšuje ν a může zvyšovat f.
- Za předpokladu, že nerez je vždy „dokonale hladký“: svary, tvorba kotelního kamene nebo nánosy produktu mohou ospravedlnit použití vyššího ε než u nového, čistého potrubí.
- Očekávání vysoké přesnosti v přechodovém toku: považovat 2300–4000 za nejisté a navrhnout s rezervou.
Sečteno a podtrženo: trubka z nerezové oceli se často poddá f kolem 0,02 v běžných turbulentních vodních službách, ale nejspolehlivější číslo pochází z Re a ε/D pomocí standardní korelace.
