เครื่องคำนวณการไหลในท่อ

เครื่องคำนวณการไหลในท่อ จะบอกให้คุณทราบว่าของเหลวมีพฤติกรรมอย่างไรภายในท่อวงกลม เพียงป้อนขนาดท่อ, ความยาว, วัสดุ และของเหลว พร้อมทั้งระบุอัตราการไหลหรือความดันลด — เครื่องมือนี้จะส่งคืนค่าความเร็ว, เลขเรย์โนลด์, สัมประสิทธิ์ความเสียดทาน, เฮดที่สูญเสีย และความดันลด โดยใช้สมการ Hazen-Williams และ Darcy-Weisbach + Colebrook-White ทำงานควบคู่กันเพื่อให้คุณเปรียบเทียบได้ นอกจากนี้ยังมีการแสดงภาพเคลื่อนไหวที่บอกว่าการไหลของคุณเป็นแบบราบเรียบ, ช่วงรอยต่อ หรือปั่นป่วน

สิ่งที่เครื่องคำนวณนี้ประมวลผล

สองสมการหลัก

Darcy-Weisbach เป็นสมการสากลสำหรับการไหลในท่อ ใช้ได้กับของเหลวหรือก๊าซทุกชนิด ในทุกรูปแบบการไหล และเป็นมาตรฐานหลักสำหรับการออกแบบทางวิศวกรรม:

\( h_f = f \cdot \dfrac{L}{D} \cdot \dfrac{V^2}{2g} \ )

สัมประสิทธิ์ความเสียดทาน \(f\) ขึ้นอยู่กับเลขเรย์โนลด์และความขรุขระสัมพัทธ์ เราใช้รูปแบบ Swamee-Jain ที่ชัดแจ้งของสมการ Colebrook-White สำหรับการไหลแบบปั่นป่วน และใช้ \(f = 64 / Re\) สำหรับการไหลแบบราบเรียบ

Hazen-Williams เป็นสูตรเชิงประจักษ์ที่ใช้ได้กับน้ำที่อุณหภูมิใกล้เคียงอุณหภูมิห้องในการไหลแบบปั่นป่วนเท่านั้น โดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์ความขรุขระ C เพียงค่าเดียว:

\( h_f = \dfrac{10.67 \cdot L \cdot Q^{1.852}}{C^{1.852} \cdot D^{4.87}} \) (หน่วย SI)

คำนวณได้เร็วกว่าและแม่นยำสำหรับท่อส่งน้ำหลัก, ท่อดับเพลิง และการชลประทาน แต่อาจคลาดเคลื่อนได้ 5–25% จาก Darcy-Weisbach หากอยู่นอกช่วงการออกแบบที่กำหนด

ข้อมูลอ้างอิงความขรุขระของวัสดุท่อ

ความเร็วที่แนะนำตามการใช้งาน

วิธีใช้งานเครื่องคำนวณนี้

1. เลือกระบบหน่วยของคุณ — ระบบอังกฤษสำหรับงานประปา/โยธาในสหรัฐฯ ระบบเมตริกสำหรับพื้นที่อื่น
2. เลือกสิ่งที่จะคำนวณ — ความดันลดจากการไหลที่ทราบ หรือการไหล/ความเร็วจากความดันลดที่ทราบ ช่องข้อมูลที่เกี่ยวข้องจะปรากฏขึ้นโดยอัตโนมัติ
3. ป้อนข้อมูลท่อ — เส้นผ่านศูนย์กลางภายในจริง, ความยาว และวัสดุ วัสดุจะกำหนดทั้งค่า Hazen-Williams C และความขรุขระสัมบูรณ์สำหรับ Darcy-Weisbach
4. ป้อนข้อมูลของเหลว — เลือกน้ำที่อุณหภูมิใกล้เคียงที่สุด หรือเลือกค่ากำหนดอื่น (น้ำทะเล, ดีเซล, น้ำมัน, กลีเซอรีน, นม) หรือป้อนความหนาแน่นและความหนืดเอง
5. เลือกสมการ — เลือก "อัตโนมัติ" เพื่อดูการเปรียบเทียบทั้งสองวิธี หรือเลือกสมการเดียวหากคุณทราบข้อกำหนดของมาตรฐานที่คุณใช้
6. กด คำนวณ — ตัวเลขหลักคือคำตอบของคุณ แผงด้านข้างจะแสดงความเร็ว, เลขเรย์โนลด์, สัมประสิทธิ์ความเสียดทาน และเฮดสูญเสีย ตารางเปรียบเทียบจะแสดงทั้งสองวิธี และภาพเคลื่อนไหวจะบอกว่าคุณอยู่ในการไหลแบบราบเรียบ, ช่วงรอยต่อ หรือปั่นป่วน

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

Hazen-Williams และ Darcy-Weisbach แตกต่างกันอย่างไร?

Darcy-Weisbach เป็นสมการการไหลในท่อสากล สัมประสิทธิ์ความเสียดทาน f ขึ้นอยู่กับเลขเรย์โนลด์และความขรุขระสัมพัทธ์ ใช้ได้กับของเหลวหรือก๊าซทุกชนิดในทุกสภาวะ ส่วน Hazen-Williams เป็นสูตรเชิงประจักษ์ที่ใช้ได้เฉพาะกับน้ำที่อุณหภูมิห้องในการไหลแบบปั่นป่วนโดยใช้ค่า C เพียงค่าเดียว ซึ่งรวดเร็วแต่อาจคลาดเคลื่อน 5–25% จาก Darcy-Weisbach เมื่ออยู่นอกช่วงที่กำหนด — ควรใช้ Darcy-Weisbach สำหรับการออกแบบ และใช้ Hazen-Williams สำหรับการตรวจสอบเบื้องต้นเฉพาะน้ำ

เลขเรย์โนลด์คืออะไรและทำไมจึงสำคัญ?

เลขเรย์โนลด์ Re เท่ากับความเร็วคูณเส้นผ่านศูนย์กลางหารด้วยความหนืดจลน์ บอกรูปแบบการไหล: ต่ำกว่า 2300 คือราบเรียบ (ความหนืดมีผลเด่น ความเสียดทานขึ้นอยู่กับ Re เท่านั้น), สูงกว่า 4000 คือปั่นป่วน (ความขรุขระมีผล), และระหว่าง 2300 ถึง 4000 คือช่วงรอยต่อที่ไม่เสถียร ผู้ออกแบบมักจะกำหนดให้ระบบน้ำอยู่ในสภาวะปั่นป่วนเพื่อให้คาดการณ์ความดันลดได้แน่นอนกว่า

การแปลงความดันลดเป็นเฮดที่สูญเสียทำอย่างไร?

เฮดที่สูญเสีย h_f และความดันลด ΔP เชื่อมโยงกันด้วย ΔP = ρ·g·h_f ดังนั้นน้ำ 1 ฟุต ≈ 0.433 psi และน้ำ 1 เมตร ≈ 9.81 kPa เครื่องคำนวณจะแปลงให้โดยอัตโนมัติเมื่อคุณเลือกของเหลว

ควรใช้ความขรุขระเท่าใดสำหรับเหล็กหล่อ?

เหล็กหล่อเคลือบแอสฟัลต์ใหม่ประมาณ 0.12 มม. (C 130) เหล็กหล่อธรรมดาใหม่ประมาณ 0.26 มม. (C 110) เหล็กหล่อเก่าที่มีคราบตะกรันอาจถึง 1.5 มม. หรือมากกว่า (C 90) ควรเลือกค่าที่ตรงกับสภาพท่อจริงเพราะคราบตะกอนและการกัดกร่อนจะเพิ่มความขรุขระตามเวลา

เครื่องคำนวณนี้รวมข้อต่อและวาล์วด้วยหรือไม่?

ไม่ เครื่องคำนวณนี้ครอบคลุมเฉพาะความเสียดทานตามแนวท่อตรงเท่านั้น ในการรวมข้อต่อ, วาล์ว และจุดเชื่อมต่อ ให้บวกความยาวเทียบเท่าลงในความยาวท่อ หรือคำนวณการสูญเสียรองแยกเป็น K·V²/(2g) แล้วนำมาบวกกับผลลัพธ์

ความเร็วสูงสุดปกติสำหรับน้ำในท่อคือเท่าใด?

ระบบน้ำในอาคารมักจะอยู่ที่ 2–7 ft/s (0.6–2.1 m/s) ต่ำกว่า 1 ft/s ตะกอนจะตก สูงกว่า 7 ft/s เสียงและการกัดกร่อนจะเกิดขึ้น โดยเฉพาะในทองแดงและ CPVC หากเกิน 10 ft/s ความเสี่ยงจากค้อนน้ำจะสูงมาก สำหรับงานอุตสาหกรรมอาจสูงกว่านี้ได้ ควรตรวจสอบตามมาตรฐานการออกแบบของคุณ

ข้อจำกัดและคำสงวนสิทธิ์

เครื่องมือนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการกำหนดขนาดเบื้องต้น การศึกษา และการตรวจสอบความเป็นไปได้ของการไหลสถานะเดียว ที่อัดตัวไม่ได้ และสม่ำเสมอในท่อวงกลมตรงที่มีของเหลวเต็มท่อ ไม่รองรับการไหลที่อัดตัวได้, การไหลสองสถานะ, ท่อที่มีของเหลวไม่เต็ม (ควรใช้สมการของ Manning), การไหลแบบเป็นจังหวะ, สเลอร์รี หรือของไหลที่ไม่ใช่แบบนิวตัน สำหรับการออกแบบขั้นสุดท้าย โปรดปฏิบัติตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง เช่น ASHRAE, AWWA, NFPA, ASME B31, ISO หรือผ่านการตรวจสอบโดยวิศวกรวิชาชีพ