Voor de meeste water- en HVAC-type stromen in roestvrijstalen buizen is doorgaans een praktische Darcy-wrijvingsfactor vereist f ≈ 0,018–0,022 (volledig turbulent, “glad tot licht ruw” bereik). Voor hogere Reynoldsgetallen (zeer snelle stroming) neigt deze vaak naar ~0,015–0,018 ; voor lagere turbulente Reynoldsgetallen (bijna 5.000–20.000) kan f zijn ~0,03–0,04 .
Om nauwkeurig te zijn, berekent u f uit het Reynoldsgetal (Re) en de ruwheid van roestvrij staal (ε) met behulp van een expliciete correlatie (bijvoorbeeld Swamee-Jain of Haalen) of de Colebrook-vergelijking.
Wrijvingsfactor voor roestvrijstalen buis: welke waarde te gebruiken
Gebruik de Darcy-wrijvingsfactor (ook wel Darcy-Weisbach-frictiefactor genoemd), tenzij uw kaart of software expliciet 'Fanning' zegt. De Darcy-factor is dat wel 4× de Fanning-factor.
Een snelle, verdedigbare schatting als je de exacte stroom nog niet kent, is:
- Water in typische roestvrijstalen leidingen (Re ~ 50.000–300.000): f ≈ 0,018–0,022
- Zeer hoge Re (~1.000.000): f benadert vaak ~0,015–0,018
- Lagere turbulente Re (~ 5.000–20.000): f algemeen ~0,03–0,04
Verfijn vervolgens met de onderstaande berekeningsstappen zodra u de diameter, het debiet en de vloeistofviscositeit kent.
Roestvast staalruwheid: de input die het resultaat bepaalt
Bij turbulente stroming hangt de wrijvingsfactor sterk af van relatieve ruwheid (ε/D). Roestvrij staal is over het algemeen ‘glad’, maar de veronderstelde ε doet er nog steeds toe.
| Oppervlakte / aanname | Absolute ruwheid, ε (mm) | Absolute ruwheid, ε (m) | Wanneer te gebruiken |
|---|---|---|---|
| Schoon roestvrij staal (algemene ontwerpaanname) | 0.015 | 1,5×10⁻⁵ | Nieuwe/schone pijp, conservatieve maar soepele basislijn |
| Iets verouderd/filmvorming (vuistregel) | 0.03 | 3,0×10⁻⁵ | Als u aanbetalingen of minder gecontroleerde service verwacht |
| Onbekende staat (ontwerpmarge) | 0.045 | 4,5×10⁻⁵ | Als je extra conservatisme nodig hebt |
Bereken de relatieve ruwheid als ε/D met behulp van de interne diameter (geen nominale maat). Zelfs kleine veranderingen in D of ε/D kunnen f merkbaar veranderen in het volledig turbulente gebied.
Stapsgewijze berekening (Re → f) waarop u kunt vertrouwen
1) Bereken het Reynoldsgetal
Voor een volledig ronde buis:
Re = (V·D)/ν
- V = gemiddelde snelheid (m/s)
- D = binnendiameter (m)
- ν = kinematische viscositeit (m²/s)
2) Kies de juiste regel voor het stroomregime
- Laminair (Re < 2300): f = 64/Re
- Transitioneel (2300–4000): vermijd “precisie”; bevestig met testgegevens of gebruik conservatieve marges
- Turbulent (Re > 4000): gebruik ε/D met een expliciete correlatie
3) Turbulente stroming: praktische expliciete formules
Twee veelgebruikte expliciete opties (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 ] )
Als je in software itereert, is de klassieke referentie Colebrook (impliciet):
1/√f = -2·log10( (ε/(3,7D)) (2,51/(Re·√f)) )
Uitgewerkt voorbeeld: wrijvingsfactor en drukval van roestvrije buizen
Veronderstel dat water in de buurt van 20°C is, reinig de ruwheid van roestvrij staal ε = 0,015 mm (1,5 x 10⁻⁵ m), en een interne diameter van de buis D = 0,0525 meter (ongeveer een 2-inch Schedule 40 ID). Stroomsnelheid Q = 50 gpm (0,003154 m³/s).
Bereken de snelheid en het Reynoldsgetal
- Oppervlakte A = πD²/4 = 0,002165 m²
- Snelheid V = Q/A = 1,46 m/s
- Kinematische viscositeit ν ≈ 1,0×10⁻⁶ m²/s
- Re = (V·D)/ν ≈ 7,6×10⁴
- Relatieve ruwheid ε/D ≈ 2,86×10⁻⁴
Bereken de wrijvingsfactor (Swamee-Jain)
Darcy-wrijvingsfactor f ≈ 0.0203
Vertaal f in drukverlies (Darcy-Weisbach)
Voor lengte L = 100 m, dichtheid ρ ≈ 998 kg/m³:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 kPa per 100 m (ongeveer 4,2 meter waterkolom per 100 m).
Snelle referentietabel: wrijvingsfactor van roestvrij staal versus Reynoldsgetal
Bij de onderstaande waarden wordt uitgegaan van ε = 0,015 mm and D = 0,0525 meter (ε/D = 2,86 × 10⁻⁴), met behulp van de Swamee-Jain-correlatie. Gebruik dit om uw resultaten te controleren.
| Reynoldsgetal (Re) | Darcy-wrijvingsfactor (f) | Typische interpretatie |
|---|---|---|
| 5.000 | 0.038 | Laag turbulent; f nog steeds relatief hoog |
| 10.000 | 0.031 | Vroeg turbulent; gevoelig voor Re |
| 50.000 | 0.0219 | Gemeenschappelijk ontwerpgebied voor opgepompt water |
| 100.000 | 0.0194 | Midden turbulent; f stabiliseert |
| 1.000.000 | 0.0156 | Zeer turbulent; benadert ruwheidsgecontroleerd gedrag |
Veelvoorkomende valkuilen die verkeerde wrijvingsfactoren veroorzaken
- Gebruik van de nominale buismaat in plaats van de binnendiameter: f hangt af van ε/D en drukverlies hangt af van L/D, dus ID is twee keer van belang.
- Darcy- en Fanning-wrijvingsfactoren combineren: als uw resultaat 4× afwijkend lijkt, is dit de gebruikelijke reden.
- Vloeistoftemperatuur negeren: viscositeitsveranderingen Re; kouder water verhoogt ν en kan f verhogen.
- Ervan uitgaande dat roestvrij staal altijd “perfect glad” is: lasnaden, aanslag of productophoping kunnen het gebruik van een hogere ε dan nieuwe, schone buizen rechtvaardigen.
- Verwacht hoge precisie in de overgangsstroom: behandel 2300–4000 als onzeker en ontwerp met marge.
Kort gezegd: roestvrijstalen buis levert vaak op f rond 0,02 in gewone turbulente waterdiensten, maar het meest betrouwbare getal komt van Re en ε/D met behulp van een standaardcorrelatie.
