管道流量計算機

這款 管道流量計算機 可以告訴您流體在圓形管道內的行為。輸入管道尺寸、長度、材料和流體，以及流量或壓力降 — 該工具將返回流速、雷諾數、摩擦係數、水頭損失和壓力降。Hazen-Williams 和 Darcy-Weisbach + Colebrook-White 方程將並排運行，以便您進行比較。即時動畫會顯示您的流動是層流、過渡流還是湍流。

此計算機計算的內容

兩種計算公式

Darcy-Weisbach 是通用的管道流動方程。它適用於任何液體或氣體、任何流態，是工程設計的黃金標準：

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

摩擦係數 \(f\) 取決於雷諾數和相對粗糙度。對於湍流，我們使用 Colebrook-White 方程的 Swamee-Jain 顯式形式；對於層流，使用 \(f = 64 / Re\)。

Hazen-Williams 是一個經驗公式，僅對湍流中接近室溫的水有效。它使用單一的粗糙度係數 C：

\( h_f = \dfrac{10.67 \cdot L \cdot Q^{1.852}}{C^{1.852} \cdot D^{4.87}} \) (公制單位)

它的計算速度更快，對於供水主管道、消防主管道和灌溉系統足夠精確，但在其設計範圍之外，與 Darcy-Weisbach 相比可能會產生 5–25% 的偏差。

管道材料粗糙度參考表

各類應用的推薦流速

如何使用此計算機

1. 選擇您的單位系統 — 美國管道/土木工程使用英制，其他情況使用公制。
2. 選擇求解目標 — 從已知流量求壓力降，或從已知壓力降求流量 / 流速。相關輸入欄位將自動顯示。
3. 輸入管道資訊 — 實際內徑、長度和材料。材料會同時設定 Hazen-Williams C 值和 Darcy-Weisbach 的絕對粗糙度。
4. 輸入流體資訊 — 選擇最接近溫度的水，或選擇其他預設（海水、柴油、油、甘油、牛奶），或輸入自定義密度和黏度。
5. 選擇公式 — 保持「自動」以查看兩種方法的比較，或者如果您知道規範要求使用哪種公式，請選擇單一公式。
6. 點擊「計算」 — 標題數字即為您的答案；側邊欄顯示流速、雷諾數、摩擦係數和水頭損失；比較表顯示兩種方法的詳細結果；動畫視覺化則顯示您處於層流、過渡流還是湍流。

常見問題解答

Hazen-Williams 和 Darcy-Weisbach 有什麼區別？

Darcy-Weisbach 是通用的管道流動方程。它的摩擦係數 f 取決於雷諾數和相對粗糙度，適用於任何流態下的任何液體或氣體。Hazen-Williams 是一個經驗公式，僅對湍流中接近室溫的水有效，使用單一粗糙度係數 C。它計算快速，但在其設計範圍之外可能與 Darcy-Weisbach 結果偏差 5–25% — 設計時請使用 Darcy-Weisbach，僅進行水流快速檢查時使用 Hazen-Williams。

什麼是雷諾數，為什麼它很重要？

雷諾數 Re 等於流速乘以直徑除以運動黏度。它告訴您流態：低於 2300 是層流（黏性佔主導，摩擦僅取決於 Re），高於 4000 是湍流（粗糙度變得很重要），在 2300 和 4000 之間則是過渡流且不穩定。設計人員通常讓水系統保持在穩定的湍流狀態，此時壓力降是可預測的。

壓力降如何轉換為水頭損失？

水頭損失 h_f 和壓力降 ΔP 透過 ΔP = ρ·g·h_f 聯繫起來。因此，1 英呎水柱 ≈ 0.433 psi，1 公尺水柱 ≈ 9.81 kPa。一旦您選擇了流體，計算機就會自動進行雙向轉換。

鑄鐵管道應該使用哪種粗糙度？

新型塗敷瀝青的鑄鐵約為 0.12 mm (C 130)；普通新鑄鐵約為 0.26 mm (C 110)；舊的結垢鑄鐵可能達到 1.5 mm 或更高 (C 低至 90)。請選擇符合管道實際狀況的值，因為沈積物和腐蝕會隨時間推移增加粗糙度。

計算機是否包括管件和閥門？

不包括。此計算機僅涵蓋沿直管的摩擦損失。要納入管件、閥門、擴管和入口，請將其等效長度添加到管道長度中，或單獨計算局部損失公式 K·V²/(2g) 並將其添加到結果中。

管道中典型的最大水流速度是多少？

建築供水通常目標為 2–7 ft/s (0.6–2.1 m/s)。低於 1 ft/s 時沈澱物可能淤積。高於 7 ft/s 時雜訊和沖蝕會成為問題，特別是在銅管和 CPVC 管中。高於 10 ft/s 時水錘風險會迅速增加。工業冷卻水和主管線可能會更高 — 請務必查閱您的設計規範。

限制與免責聲明

此工具僅供圓形管道內充滿流體的單相、不可壓縮、穩定流動的初步尺寸估算、研究和可行性檢查之用。它不處理可壓縮流體、兩相流、半滿管道（請使用 Manning 公式）、脈動流、漿體或非牛頓流體。對於最終設計，請遵循您適用的規範 — 如 ASHRAE、AWWA、NFPA、ASME B31、ISO 或經專業工程師審核。