عامل الاحتكاك لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ: القيم والخطوات الدقيقة

عامل الاحتكاك لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ: ما هي القيمة التي يجب استخدامها

استخدم عامل الاحتكاك دارسي (يُسمى أيضًا عامل الاحتكاك Darcy–Weisbach) ما لم يذكر المخطط أو البرنامج الخاص بك صراحةً "Fanning". عامل دارسي هو 4× عامل التأجيج.

التقدير السريع الذي يمكن الدفاع عنه عندما لا تعرف بعد التدفق الدقيق هو:

• الماء في الأنابيب غير القابل للصدأ النموذجية (Re ~ 50.000–300.000): f ≈ 0.018–0.022
• نسبة عالية جدًا (~ 1,000,000): f غالبًا ما تقترب ~0.015–0.018
• إعادة الاضطراب السفلي (~ 5000-20000): f عادة ~0.03–0.04

ثم قم بالتنقيح باستخدام خطوات الحساب أدناه بمجرد معرفة القطر ومعدل التدفق ولزوجة السائل.

خشونة الفولاذ المقاوم للصدأ: المدخلات التي تقود النتيجة

في التدفق المضطرب، يعتمد عامل الاحتكاك بشكل كبير على خشونة نسبية (ε/د). يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ "أملسًا" بشكل عام، لكن ε المفترض لا يزال مهمًا.

حساب الخشونة النسبية كـ ε/D باستخدام القطر الداخلي (ليس الحجم الاسمي). حتى التغييرات الصغيرة في D أو ε/D يمكن أن تتغير بشكل ملحوظ f في المنطقة المضطربة تمامًا.

عملية حسابية خطوة بخطوة (Re → f) يمكنك الوثوق بها

1) حساب رقم رينولدز

لأنبوب دائري كامل:

إعادة = (V·D)/ν

• V = متوسط السرعة (م/ث)
• D = القطر الداخلي (م)
• ν = اللزوجة الحركية (م²/ث)

2) اختر قاعدة نظام التدفق الصحيح

• الصفحي (Re <2300): f = 64/Re
• الفترة الانتقالية (2300-4000): تجنب "الدقة"؛ تأكد من خلال بيانات الاختبار أو استخدم هوامش متحفظة
• مضطرب (Re> 4000): استخدم ε/D مع وجود ارتباط واضح

3) الجريان المضطرب: صيغ عملية صريحة

هناك خياران واضحان مستخدمان على نطاق واسع (Darcy f):

• سوامي-جين: f = 0.25 / [log10( (ε/(3.7D)) (5.74/Re^0.9) )]^2
• هالاند: 1/√f = -1.8·log10( [ (ε/(3.7D))^1.11 ] [ 6.9/Re ] )

إذا كنت تقوم بالتكرار في البرامج، فإن المرجع الكلاسيكي هو Colebrook (ضمنيًا):

1/√f = -2·log10( (ε/(3.7D)) (2.51/(Re·√f)) )

مثال عملي: عامل احتكاك الأنابيب غير القابل للصدأ وانخفاض الضغط

يفترض أن الماء قريب من 20 درجة مئوية، وخشونة نظيفة غير قابلة للصدأ ε = 0.015 ملم (1.5×10⁻⁵ م)، وقطر داخلي للأنبوب د = 0.0525 م (حوالي 2 بوصة جدول 40 معرف). معدل التدفق س = 50 جالون في الدقيقة (0.003154 م³/ث).

حساب السرعة ورقم رينولدز

• المساحة أ = πD²/4 = 0.002165 متر مربع
• السرعة V = Q/A = 1.46 م/ث
• اللزوجة الحركية ν ≈ 1.0×10⁻⁶ م²/ث
• إعادة = (V·D)/ν ≈ 7.6×10⁴
• الخشونة النسبية ε/D ≈ 2.86×10⁻⁴

حساب عامل الاحتكاك (سوامي-جاين)

عامل الاحتكاك دارسي f ≈ 0.0203

ترجمة f إلى فقدان الضغط (دارسي-وايسباخ)

للطول L = 100 م، الكثافة ρ ≈ 998 كجم/م3:

ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 كيلو باسكال لكل 100 م (حوالي 4.2 م رأس الماء لكل 100 م).

جدول مرجعي سريع: عامل احتكاك الفولاذ المقاوم للصدأ مقابل رقم رينولدز

تفترض القيم أدناه ε = 0.015 ملم and د = 0.0525 م (ε/D = 2.86×10⁻⁴)، باستخدام ارتباط Swamee-Jain. استخدم هذا للتحقق من صحة نتائجك.

المزالق الشائعة التي تسبب عوامل الاحتكاك الخاطئة

• استخدام حجم الأنبوب الاسمي بدلاً من القطر الداخلي: f يعتمد على ε/D وفقدان الضغط يعتمد على L/D، لذا فإن ID مهم مرتين.
• خلط عوامل الاحتكاك دارسي وفاينغ: إذا كانت النتيجة تبدو أقل بـ 4 مرات، فهذا هو السبب المعتاد.
• تجاهل درجة حرارة السائل: تغييرات اللزوجة إعادة؛ يزيد الماء البارد ν ويمكن أن يزيد f.
• بافتراض أن الفولاذ المقاوم للصدأ دائمًا "سلس تمامًا": يمكن أن تبرر اللحامات أو القياس أو تراكم المنتج استخدام ε أعلى من الأنابيب الجديدة والنظيفة.
• توقع دقة عالية في التدفق الانتقالي: تعامل مع 2300-4000 على أنها غير مؤكدة وتصميم بهامش.

خلاصة القول: غالبًا ما تنتج أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ و حوالي 0.02 في خدمات المياه المضطربة الشائعة، ولكن الرقم الأكثر موثوقية يأتي من Re و ε/D باستخدام الارتباط القياسي.