Τι είναι ο συντελεστής τριβής ανεμιστήρα;

Ο συντελεστής τριβής Fanning είναι ένα στοιχείο στον υπολογισμό της απώλειας πίεσης λόγω τριβής σε έναν σωλήνα. Είναι συνάρτηση της τραχύτητας του σωλήνα και του επιπέδου στροβιλισμού εντός της ροής του υγρού. Αυτοί οι παράγοντες μπορούν να προσδιοριστούν πειραματικά, αλλά πιο συχνά λαμβάνονται από γραφήματα και διαγράμματα. Οι αριθμοί είναι αδιάστατοι, που σημαίνει ότι δεν έχουν μονάδες μέτρησης.

Η πίεση του υγρού που ρέει μέσω ενός σωλήνα μειώνεται λόγω της τριβής μεταξύ των εσωτερικών τοιχωμάτων του σωλήνα και του κινούμενου υγρού. Είτε οι αντλίες είτε η βαρύτητα πρέπει να παρέχουν την ενέργεια για την κίνηση του υγρού. Σε πολύ μεγάλους σωλήνες, η πτώση πίεσης λόγω απώλειας τριβής θα είναι τόσο υψηλή που το υγρό δεν θα ρέει καθόλου. Οι αγωγοί, όπως ο πετρελαιαγωγός της Αλάσκας, απαιτούν ενδιάμεσους σταθμούς άντλησης για την αύξηση της πίεσης.

Η κατανόηση της απώλειας πίεσης που συμβαίνει καθώς τα υγρά κινούνται μέσα από τους σωλήνες είναι απαραίτητη σε κάθε εφαρμογή σωληνώσεων. Είναι κρίσιμο για χημικές διεργασίες που χρησιμοποιούν σωλήνες ως αντιδραστήρες σωληνοειδούς ροής. Οι σωλήνες που χρησιμοποιούνται ως αντιδραστήρες παράγουν συνθήκες αντίδρασης στις οποίες η θερμοκρασία και η πίεση ελέγχονται εύκολα. Ο χρόνος παραμονής της αντίδρασης και ο βαθμός ολοκλήρωσης της αντίδρασης είναι συνάρτηση του μήκους του σωλήνα.

Οι εξώθερμες αντιδράσεις εκπέμπουν θερμότητα καθώς προχωρούν. Για να διατηρηθούν ισοθερμικές συνθήκες και σταθερός συντελεστής τριβής Fanning, ο σωλήνας θα πρέπει να ψύχεται σε αντίθετη κατεύθυνση. Οι ενδόθερμες αντιδράσεις, που απορροφούν θερμότητα, θα απαιτήσουν την αντίθετη επεξεργασία. Εάν δεν διατηρηθούν οι ισοθερμικές συνθήκες, οι υπολογισμοί που χρησιμοποιούν τον συντελεστή τριβής Fanning θα πρέπει να ικανοποιούν την αλλαγή στο ιξώδες και την τριβή που συμβαίνει καθώς το υγρό θερμαίνεται ή ψυχρότερο.

Οι αριθμοί Reynolds είναι αδιάστατα μέτρα του βαθμού αναταράξεων στο υγρό. Σε στρωτή ροή με αριθμούς Reynolds μικρότερους από 2,000, το υγρό κινείται με προφίλ ταχύτητας σχήματος σφαίρας και μικρή ανάμειξη. Η μέγιστη ταχύτητα εμφανίζεται στο κέντρο της διατομής του σωλήνα και είναι διπλάσια από τη μέση ροή του υγρού. Η τυρβώδης ροή, με πλήρη ανάμειξη, εμφανίζεται σε αριθμούς Reynolds πάνω από 3,000. Μια λεπτή ζώνη ασφαλείας, με αριθμούς Reynolds μεταξύ 2,000 και 3,000, εμφανίζεται μεταξύ της στρωτής και της τυρβώδους ζώνης.

Ένας συντελεστής τριβής ανεμιστήρα μπορεί να προσδιοριστεί μετρώντας τις πτώσεις πίεσης στις σωληνώσεις που είναι αρκετά μεγάλες σε διάμετρο ώστε να μπορούν να κλιμακωθούν για εργασίες στο χωράφι ή στις εγκαταστάσεις. Συνήθως, αυτά τα πειράματα εκτελούνται εάν απαιτούνται συνθήκες στρωτής ροής. Συνηθέστερα, ο συντελεστής τριβής Fanning διαβάζεται από ένα διάγραμμα, καθώς οι περισσότεροι αντιδραστήρες ροής βύσματος λειτουργούν σε υψηλούς αριθμούς Reynolds.
Η τραχύτητα της επιφάνειας του εσωτερικού του σωλήνα προσδιορίζεται με μέτρηση. Ο αριθμός Reynolds υπολογίζεται από τη διάμετρο του σωλήνα, το ιξώδες του ρευστού και την πτώση πίεσης. Διαγράμματα του συντελεστή τριβής Fanning έναντι του αριθμού Reynolds για σωλήνες ποικίλης τραχύτητας είναι διαθέσιμα σε εγχειρίδια μηχανικής. Αυτά τα βιβλία έχουν επίσης πίνακες με την τραχύτητα της επιφάνειας διαφόρων υλικών.