För de flesta flöden av vatten och HVAC-typ i rostfritt stålrör är en praktisk Darcy-friktionsfaktor vanligtvis f ≈ 0,018–0,022 (helt turbulent, "jämnt till milt grovt" område). För högre Reynolds-tal (mycket snabbt flöde), trendar f ofta mot ~0,015–0,018 ; för lägre turbulenta Reynolds-tal (nära 5 000–20 000) kan f vara ~0,03–0,04 .
För att vara exakt, beräkna f från Reynolds tal (Re) och rostfritt ståls grovhet (ε) med hjälp av en explicit korrelation (t.ex. Swamee–Jain eller Haaloch) eller Colebrook-ekvationen.
Friktionsfaktor för rostfritt stålrör: vilket värde att använda
Använd Darcy friktionsfaktor (även kallad Darcy–Weisbach friktionsfaktor) om inte ditt diagram eller programvara uttryckligen säger "Fanning." Darcy-faktorn är 4× fläktfaktorn.
En snabb, försvarbar uppskattning när du ännu inte vet det exakta flödet är:
- Vatten i typiska rostfria rör (Re ~ 50 000–300 000): f ≈ 0,018–0,022
- Mycket hög Re (~1 000 000): f närmar sig ofta ~0,015–0,018
- Lägre turbulenta Re (~5 000–20 000): f vanligt ~0,03–0,04
Förfina sedan med beräkningsstegen nedan när du vet diameter, flödeshastighet och vätskeviskositet.
Grovhet i rostfritt stål: ingången som driver resultatet
Vid turbulent flöde beror friktionsfaktorn starkt på relativ grovhet (e/D). Rostfritt stål är i allmänhet "slät", men det antagna ε spelar fortfarande roll.
| Yta / antagande | Absolut grovhet, ε (mm) | Absolut grovhet, ε (m) | När ska användas |
|---|---|---|---|
| Rent rostfritt (vanligt designantagande) | 0.015 | 1,5x10⁻⁵ | Nytt/rent rör, konservativ men jämn baslinje |
| Något åldrad/filmuppbyggnad (tumregel) | 0.03 | 3,0x10⁻⁵ | Om du förväntar dig insättningar eller mindre kontrollerad service |
| Okänt skick (designmarginal) | 0.045 | 4,5x10⁻⁵ | När du behöver extra konservatism |
Beräkna relativ grovhet som ε/D med hjälp av inre diameter (ej nominell storlek). Även små förändringar i D eller ε/D kan märkbart ändra f i det fullt turbulenta området.
Steg-för-steg-beräkning (Re → f) du kan lita på
1) Beräkna Reynolds nummer
För ett helt cirkulärt rör:
Re = (V·D)/v
- V = medelhastighet (m/s)
- D = innerdiameter (m)
- ν = kinematisk viskositet (m²/s)
2) Välj rätt regel för flödesregim
- Laminär (Re < 2300): f = 64/Re
- Transitional (2300–4000): undvik "precision"; bekräfta med testdata eller använd konservativa marginaler
- Turbulent (Re > 4000): använd ε/D med en explicit korrelation
3) Turbulent flöde: praktiska explicita formler
Två ofta använda explicita alternativ (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 ] )
Om du itererar i programvara är den klassiska referensen Colebrook (implicit):
1/√f = -2·log10( (ε/(3.7D)) (2.51/(Re·√f))) )
Arbetat exempel: friktionsfaktor i rostfritt rör och tryckfall
Antag vatten nära 20°C, ren rostfri grovhet e = 0,015 mm (1,5 x 10'^ m), och en inre rördiameter D = 0,0525 m (ungefär ett 2-tums Schedule 40 ID). Flödeshastighet Q = 50 gpm (0,003154 m³/s).
Beräkna hastighet och Reynolds tal
- Area A = πD²/4 = 0,002165 m²
- Hastighet V = Q/A = 1,46 m/s
- Kinematisk viskositet ν ≈ 1,0×10⁻⁶ m²/s
- Re = (V·D)/v ≈ 7.6×10⁴
- Relativ grovhet ε/D ≈ 2,86×10⁻⁴
Beräkna friktionsfaktor (Swamee–Jain)
Darcy friktionsfaktor f ≈ 0.0203
Översätt f till tryckförlust (Darcy–Weisbach)
För längd L = 100 m, densitet ρ ≈ 998 kg/m³:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 kPa per 100 m (ca 4,2 m vattenhöjd per 100 m).
Snabbreferenstabell: friktionsfaktor i rostfritt stål vs Reynolds nummer
Värdena nedan antar e = 0,015 mm and D = 0,0525 m (ε/D = 2,86×10⁻⁴), med Swamee–Jain-korrelationen. Använd detta för att kontrollera dina resultat.
| Reynolds nummer (Re) | Darcy friktionsfaktor (f) | Typisk tolkning |
|---|---|---|
| 5 000 | 0.038 | Låg turbulent; f fortfarande relativt hög |
| 10 000 | 0.031 | Tidigt turbulent; känslig för Re |
| 50 000 | 0.0219 | Gemensam designregion för pumpat vatten |
| 100 000 | 0.0194 | Medelturbulent; f stabiliserar sig |
| 1 000 000 | 0.0156 | Mycket turbulent; närmar sig grovhetskontrollerat beteende |
Vanliga fallgropar som orsakar fel friktionsfaktorer
- Använd nominell rörstorlek istället för innerdiameter: f beror på ε/D och tryckförlust beror på L/D, så ID har betydelse två gånger.
- Blanda Darcy och Fanning friktionsfaktorer: om ditt resultat verkar 4× off är detta den vanliga orsaken.
- Ignorera vätsketemperatur: viskositetsförändringar Re; kallare vatten ökar ν och kan öka f.
- Förutsatt att rostfritt alltid är "perfekt slätt": svetsar, avlagringar eller produktuppbyggnad kan motivera användning av högre ε än nytt, rent rör.
- Förväntar sig hög precision i övergångsflöde: behandla 2300–4000 som osäkra och designa med marginal.
Slutsats: rostfritt stålrör ger ofta efter f runt 0,02 i vanliga turbulenta vattentjänster, men det mest tillförlitliga antalet kommer från Re och ε/D med en standardkorrelation.
