Co je to Fanning Friction Factor?
Faktor Fanningova tření je prvkem při výpočtu tlakové ztráty způsobené třením v potrubí. Je to funkce drsnosti potrubí a úrovně turbulence v proudu kapaliny. Tyto faktory lze určit experimentálně, ale častěji jsou převzaty z grafů a diagramů. Čísla jsou bezrozměrná, což znamená, že nemají žádné měrné jednotky.
Tlak kapaliny protékající trubkou se snižuje v důsledku tření mezi vnitřními stěnami trubky a pohybující se kapalinou. Energie pro pohyb kapaliny musí zajišťovat čerpadla nebo gravitace. U velmi dlouhých trubek bude pokles tlaku způsobený ztrátou třením tak vysoký, že tekutina vůbec nebude protékat. Potrubí, jako je například ropovod na Aljašce, vyžaduje ke zvýšení tlaku přechodné čerpací stanice.
Porozumění tlakové ztrátě, ke které dochází při pohybu kapalin potrubím, je zásadní v každé aplikaci potrubí. Je to důležité pro chemické procesy, které používají potrubí jako reaktory s trubkovým tokem. Trubky používané jako reaktory vytvářejí reakční podmínky, při kterých lze snadno regulovat teplotu a tlak. Doba zdržení reakce a stupeň dokončení reakce je funkcí délky potrubí.
Exotermické reakce uvolňují teplo, jak postupují. Pro udržení izotermických podmínek a konstantního koeficientu tření Fanning musí být trubka chlazena ve směru proti proudu. Endotermické reakce, které absorbují teplo, budou vyžadovat opačné zpracování. Pokud nejsou dodrženy izotermické podmínky, výpočty s použitím faktoru tření Fanning budou muset uspokojit změnu viskozity a tření, ke které dochází, když se kapalina ohřeje nebo chladí.
Reynoldsova čísla jsou bezrozměrná měřítka stupně turbulence v kapalině. V laminárním toku s Reynoldsovými čísly menšími než 2 000 se kapalina pohybuje s profilem rychlosti ve tvaru kulky a malým promícháním. Maximální rychlost nastává ve středu průřezu potrubí a je dvojnásobkem průměrného průtoku kapaliny. Turbulentní tok s úplným promícháním se vyskytuje u Reynoldsových čísel nad 3 000. Mezi laminární a turbulentní zónou se vyskytuje tenká nárazníková zóna s Reynoldsovými čísly mezi 2 000 a 3 000.
Faktor tření Fanning lze určit měřením tlakových poklesů napříč potrubím, které je dostatečně velké, aby bylo škálovatelné pro provoz na poli nebo v závodě. Obvykle se tyto experimenty provádějí, pokud jsou zapotřebí podmínky laminárního proudění. Více obyčejně, Fanning třecí faktor je čten z grafu, protože většina reaktorů s plug-flow je provozována na vysokých Reynoldsových číslech.
Drsnost povrchu vnitřku potrubí je určena měřením. Reynoldsovo číslo se počítá z průměru trubky, viskozity kapaliny a poklesu tlaku. Grafy faktoru tření Fanning proti číslu Reynolds pro trubky různé drsnosti jsou k dispozici v technických příručkách. Tyto knihy také obsahují tabulky povrchové drsnosti různých materiálů.