Untuk kebanyakan aliran air dan jenis HVAC dalam paip keluli tahan karat, faktor geseran Darcy yang praktikal biasanya f ≈ 0.018–0.022 (bergelora sepenuhnya, julat "lancar-ke-agak-kasar"). Untuk nombor Reynolds yang lebih tinggi (aliran sangat laju), f selalunya menuju ke arah ~0.015–0.018 ; untuk nombor Reynolds bergelora yang lebih rendah (hampir 5,000–20,000), f mungkin ~0.03–0.04 .
Untuk tepat, kira f daripada nombor Reynolds (Re) dan kekasaran keluli tahan karat (ε) menggunakan korelasi yang jelas (cth., Swamee–Jain atau Haaldan) atau persamaan Colebrook.
Faktor geseran untuk paip keluli tahan karat: nilai yang perlu digunakan
Gunakan Faktor geseran Darcy (juga dipanggil faktor geseran Darcy–Weisbach) melainkan carta atau perisian anda secara eksplisit menyatakan "Kipas". Faktor Darcy ialah 4× faktor Kipas.
Anggaran yang pantas dan boleh dipertahankan apabila anda belum mengetahui aliran yang tepat ialah:
- Air dalam paip tahan karat biasa (Re ~ 50,000–300,000): f ≈ 0.018–0.022
- Re sangat tinggi (~1,000,000): f sering menghampiri ~0.015–0.018
- Re bergelora lebih rendah (~5,000–20,000): f biasanya ~0.03–0.04
Kemudian perhalusi dengan langkah pengiraan di bawah setelah anda mengetahui diameter, kadar alir dan kelikatan bendalir.
Kekasaran keluli tahan karat: input yang memacu hasilnya
Dalam aliran bergelora, faktor geseran sangat bergantung pada kekasaran relatif (ε/D). Keluli tahan karat biasanya "licin", tetapi ε yang diandaikan masih penting.
| Permukaan / andaian | Kekasaran mutlak, ε (mm) | Kekasaran mutlak, ε (m) | Bila nak guna |
|---|---|---|---|
| Tahan karat bersih (andaian reka bentuk biasa) | 0.015 | 1.5×10⁻⁵ | Paip baharu/bersih, garis dasar konservatif tetapi licin |
| Terbentuk sedikit umur/filem (peraturan ibu jari) | 0.03 | 3.0×10⁻⁵ | Jika anda mengharapkan deposit atau perkhidmatan yang kurang terkawal |
| Keadaan tidak diketahui (margin reka bentuk) | 0.045 | 4.5×10⁻⁵ | Apabila anda memerlukan konservatisme tambahan |
Kira kekasaran relatif sebagai ε/D menggunakan diameter dalaman (bukan saiz nominal). Malah perubahan kecil dalam D atau ε/D boleh mengubah f dengan ketara dalam kawasan bergelora sepenuhnya.
Pengiraan langkah demi langkah (Re → f) yang boleh anda percayai
1) Kira nombor Reynolds
Untuk paip bulat penuh:
Re = (V·D)/ν
- V = halaju purata (m/s)
- D = diameter dalam (m)
- ν = kelikatan kinematik (m²/s)
2) Pilih peraturan rejim aliran yang betul
- Laminar (Re < 2300): f = 64/Re
- Peralihan (2300–4000): elakkan "ketepatan"; sahkan dengan data ujian atau gunakan margin konservatif
- Turbulen (Re > 4000): gunakan ε/D dengan korelasi yang jelas
3) Aliran gelora: formula eksplisit yang praktikal
Dua pilihan eksplisit yang digunakan secara meluas (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 ] )
Jika anda mengulang dalam perisian, rujukan klasik ialah Colebrook (tersirat):
1/√f = -2·log10( (ε/(3.7D)) (2.51/(Re·√f)) )
Contoh yang berfungsi: faktor geseran paip tahan karat dan penurunan tekanan
Anggap air hampir 20°C, bersihkan kekasaran tahan karat ε = 0.015 mm (1.5×10⁻⁵ m), dan diameter dalaman paip D = 0.0525 m (kira-kira ID Jadual 40 2 inci). Kadar aliran Q = 50 gpm (0.003154 m³/s).
Kira halaju dan nombor Reynolds
- Luas A = πD²/4 = 0.002165 m²
- Halaju V = Q/A = 1.46 m/s
- Kelikatan kinematik ν ≈ 1.0×10⁻⁶ m²/s
- Re = (V·D)/ν ≈ 7.6×10⁴
- Kekasaran relatif ε/D ≈ 2.86×10⁻⁴
Kira faktor geseran (Swamee–Jain)
Faktor geseran Darcy f ≈ 0.0203
Terjemahkan f kepada kehilangan tekanan (Darcy–Weisbach)
Untuk panjang L = 100 m, ketumpatan ρ ≈ 998 kg/m³:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 kPa setiap 100 m (kira-kira 4.2 m kepala air setiap 100 m).
Jadual rujukan pantas: faktor geseran keluli tahan karat vs nombor Reynolds
Nilai di bawah andaikan ε = 0.015 mm and D = 0.0525 m (ε/D = 2.86×10⁻⁴), menggunakan korelasi Swamee–Jain. Gunakan ini untuk kewarasan-semak keputusan anda.
| Nombor Reynolds (Re) | Faktor geseran Darcy (f) | Tafsiran tipikal |
|---|---|---|
| 5,000 | 0.038 | Pergolakan rendah; f masih agak tinggi |
| 10,000 | 0.031 | Pergolakan awal; sensitif kepada Re |
| 50,000 | 0.0219 | Kawasan reka bentuk biasa untuk air yang dipam |
| 100,000 | 0.0194 | Pertengahan bergelora; f menstabilkan |
| 1,000,000 | 0.0156 | Sangat bergelora; mendekati tingkah laku terkawal kekasaran |
Perangkap biasa yang menyebabkan faktor geseran yang salah
- Menggunakan saiz paip nominal dan bukannya diameter dalaman: f bergantung pada ε/D dan kehilangan tekanan bergantung pada L/D, jadi ID penting dua kali.
- Mencampurkan faktor geseran Darcy dan Fanning: jika keputusan anda kelihatan 4× off, ini adalah sebab biasa.
- Mengabaikan suhu bendalir: perubahan kelikatan Re; air yang lebih sejuk meningkat ν dan boleh meningkatkan f.
- Dengan mengandaikan tahan karat sentiasa "halus sempurna": kimpalan, penskalaan atau pembentukan produk boleh mewajarkan penggunaan ε yang lebih tinggi daripada paip baru yang bersih.
- Menjangkakan ketepatan tinggi dalam aliran peralihan: anggap 2300–4000 sebagai tidak pasti dan reka bentuk dengan margin.
Garis bawah: paip keluli tahan karat sering menghasilkan f sekitar 0.02 dalam perkhidmatan air bergelora biasa, tetapi nombor yang paling boleh dipercayai datang daripada Re dan ε/D menggunakan korelasi standard.
