스테인레스 스틸 파이프의 대부분의 물 및 HVAC 유형 흐름의 경우 실제 Darcy 마찰 계수는 일반적으로 다음과 같습니다. f ≒ 0.018–0.022 (완전히 난류인 "부드러운 것부터 약간 거친 것까지" 범위). 더 높은 레이놀즈 수(매우 빠른 흐름)의 경우 f는 종종 다음과 같은 경향을 갖습니다. ~0.015–0.018 ; 낮은 난류 레이놀즈 수(5,000~20,000 근처)의 경우 f는 다음과 같을 수 있습니다. ~0.03~0.04 .
정확하게 하려면 명시적 상관 관계(예: Swamee-Jain 또는 Haal그리고) 또는 Colebrook 방정식을 사용하여 레이놀즈 수(Re) 및 스테인리스강 거칠기(ε)에서 f를 계산합니다.
스테인레스 스틸 파이프의 마찰계수: 어떤 값을 사용해야 할까요?
사용 Darcy 마찰계수 (Darcy–Weisbach 마찰 계수라고도 함) 차트나 소프트웨어에 명시적으로 "패닝"이라고 표시되어 있지 않은 경우. Darcy 요인은 다음과 같습니다. 4× 패닝 팩터.
정확한 흐름을 아직 모르는 경우 빠르고 방어 가능한 추정은 다음과 같습니다.
- 일반적인 스테인리스 배관의 물(Re ~ 50,000–300,000): f ≒ 0.018–0.022
- 매우 높은 Re(~1,000,000): f가 자주 접근함 ~0.015–0.018
- 낮은 난류 Re(~5,000–20,000): f 일반적으로 ~0.03~0.04
그런 다음 직경, 유속 및 유체 점도를 알고 나면 아래 계산 단계를 통해 구체화하십시오.
스테인리스강 거칠기: 결과를 결정하는 입력
난류 흐름에서 마찰계수는 다음에 크게 의존합니다. 상대적인 거칠기 (ε/D). 스테인레스강은 일반적으로 "매끄럽습니다". 그러나 가정된 ε은 여전히 중요합니다.
| 표면/가정 | 절대 거칠기, ε(mm) | 절대 거칠기, ε (m) | 언제 사용하나요? |
|---|---|---|---|
| 클린 스테인레스(공통 설계 가정) | 0.015 | 1.5×10⁻⁵ | 새 파이프, 깨끗한 파이프, 보수적이지만 매끄러운 기준선 |
| 약간 노후화/막 형성(어림짐작) | 0.03 | 3.0×10⁻⁵ | 예금이나 통제가 덜한 서비스를 기대하는 경우 |
| 알 수 없는 상태(설계 여유) | 0.045 | 4.5×10⁻⁵ | 추가적인 보수성이 필요할 때 |
다음을 사용하여 상대 거칠기를 ε/D로 계산합니다. 내경 (공칭 크기가 아님) D 또는 ε/D의 작은 변화라도 완전히 난류 영역에서 f를 눈에 띄게 변경할 수 있습니다.
믿을 수 있는 단계별 계산(Re → f)
1) 레이놀즈 수 계산
전체 원형 파이프의 경우:
Re = (V·D)/ν
- V = 평균 속도(m/s)
- D = 내경(m)
- ν = 동점도(m²/s)
2) 올바른 흐름 체제 규칙을 선택하십시오.
- 층류(Re < 2300): f = 64/Re
- 전환기(2300~4000): "정밀성"을 피하세요. 테스트 데이터로 확인하거나 보수적인 마진을 사용하십시오.
- 난류(Re > 4000): 명시적 상관 관계가 있는 ε/D 사용
3) 난류: 실제적인 명시적 공식
널리 사용되는 두 가지 명시적 옵션(Darcy f):
- 스와미-자인: f = 0.25 / [log10( (ε/(3.7D)) (5.74/Re^0.9) )]^2
- 홀란드: 1/√f = -1.8·log10( [ (ε/(3.7D))^1.11 ] [ 6.9/Re ] )
소프트웨어에서 반복하는 경우 클래식 참조는 Colebrook입니다(암시적).
1/√f = -2·log10( (ε/(3.7D)) (2.51/(Re·√f)) )
실제 사례: 스테인리스 파이프 마찰계수 및 압력 강하
20°C 부근의 물을 상정하여 스테인리스의 거칠기가 깨끗함 ε = 0.015mm (1.5×10⁻⁵ m) 및 파이프 내경 D = 0.0525m (대략 2인치 Schedule 40 ID). 유량 Q = 50gpm (0.003154m³/s).
속도와 레이놀즈 수 계산
- 면적 A = πD²/4 = 0.002165m²
- 속도 V = Q/A = 1.46m/s
- 동점도 ν ≒ 1.0×10⁻⁶ m²/s
- Re = (V·D)/ν ⁴ 7.6×10⁴
- 상대 거칠기 ε/D ≒ 2.86×10⁻⁴
마찰 계수 계산(Swamee–Jain)
Darcy 마찰계수 f ≈ 0.0203
f를 압력 손실로 변환(Darcy–Weisbach)
길이 L = 100m, 밀도 ρ ≒ 998kg/m³의 경우:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≒ 100m당 41kPa (약 4.2m 100m당 수두의 수).
빠른 참조 표: 스테인리스강 마찰 계수와 레이놀즈 수
아래 값은 가정합니다. ε = 0.015mm and D = 0.0525m (ε/D = 2.86×10⁻⁴), Swamee-Jain 상관관계를 사용합니다. 이를 사용하여 결과가 온전한지 확인하세요.
| 레이놀즈 수(Re) | Darcy 마찰계수 (f) | 전형적인 해석 |
|---|---|---|
| 5,000 | 0.038 | 낮은 난기류; f 여전히 상대적으로 높음 |
| 10,000 | 0.031 | 초기 격동; Re에 민감하다 |
| 50,000 | 0.0219 | 양수에 대한 공통 설계 영역 |
| 100,000 | 0.0194 | 중간 난류; f 안정화 |
| 1,000,000 | 0.0156 | 매우 격동적입니다. 거칠기 제어 동작에 접근 |
잘못된 마찰 요인을 유발하는 일반적인 함정
- 내부 직경 대신 공칭 파이프 크기 사용: f는 ε/D에 따라 달라지고 압력 손실은 L/D에 따라 달라지므로 ID가 두 번 중요합니다.
- Darcy와 Fanning 마찰 계수 혼합: 결과가 4배 이상 벗어난 것처럼 보이면 이것이 일반적인 이유입니다.
- 유체 온도 무시: 점도 변화 Re; 차가운 물은 ν를 증가시키고 f를 증가시킬 수 있습니다.
- 스테인리스는 항상 "완벽하게 부드럽다"고 가정합니다. 용접, 스케일링 또는 제품 축적으로 인해 깨끗한 새 파이프보다 높은 ε을 사용하는 것이 정당화될 수 있습니다.
- 전환 흐름에서 높은 정밀도 기대: 2300~4000을 불확실한 것으로 간주하고 여유를 두고 설계합니다.
요점: 스테인레스 스틸 파이프는 종종 항복합니다 f 약 0.02 일반적인 난류수 서비스에서는 가장 신뢰할 수 있는 숫자가 표준 상관관계를 사용하여 Re 및 ε/D에서 나옵니다.
