Quel est le facteur de friction de Fanning?

Le facteur de friction de Fanning est un élément du calcul de la perte de charge due au frottement dans une conduite. Cela dépend de la rugosité de la conduite et du niveau de turbulence dans le flux de liquide. Ces facteurs peuvent être déterminés expérimentalement, mais sont plus souvent tirés de tableaux et de diagrammes. Les nombres sont sans dimension, ce qui signifie qu'ils n'ont pas d'unités de mesure.

La pression du liquide circulant dans un tuyau diminue en raison du frottement entre les parois intérieures du tuyau et le liquide en mouvement. Les pompes ou la gravité doivent fournir l’énergie nécessaire pour déplacer le liquide. Sur de très longues conduites, la perte de charge due à la perte de friction sera si importante que le liquide ne coulera pas du tout. Les pipelines, tels que l'oléoduc Alaska, nécessitent des stations de pompage intermédiaires pour augmenter la pression.

Une bonne compréhension de la perte de pression qui se produit lorsque les liquides passent dans les tuyaux est essentielle pour toute application de tuyauterie. Les procédés chimiques utilisant des tubes comme réacteurs à flux tubulaire sont essentiels. Les tuyaux utilisés comme réacteurs produisent des conditions de réaction dans lesquelles la température et la pression sont faciles à contrôler. Le temps de résidence dans la réaction et le degré d'achèvement de la réaction sont fonction de la longueur du tuyau.

Les réactions exothermiques dégagent de la chaleur au fur et à mesure de leur progression. Pour maintenir les conditions isothermes et un facteur de friction de Fanning constant, le tuyau devra être refroidi dans le sens contraire du courant. Les réactions endothermiques, qui absorbent la chaleur, nécessiteront le traitement opposé. Si les conditions isothermes ne sont pas maintenues, les calculs utilisant le facteur de friction de Fanning devront tenir compte de la variation de viscosité et de la friction qui se produit lorsque le liquide chauffe ou refroidit.

Les nombres de Reynolds sont des mesures sans dimension du degré de turbulence dans le liquide. En écoulement laminaire avec un nombre de Reynolds inférieur à 2 000, le liquide se déplace avec un profil de vitesse en forme de balle et peu de mélange. La vitesse maximale se situe au centre de la section du tuyau et correspond au double du débit moyen du liquide. Un écoulement turbulent, avec un mélange complet, se produit à des nombres de Reynolds supérieurs à 3 000. Une zone tampon mince, avec des nombres de Reynolds compris entre 2 000 et 3 000, apparaît entre les zones laminaire et turbulente.

Un facteur de frottement du Fanning peut être déterminé en mesurant les pertes de charge dans la tuyauterie d'un diamètre suffisamment grand pour être évolutif pour les opérations sur site ou en usine. Généralement, ces expériences sont effectuées si des conditions d'écoulement laminaire sont nécessaires. Plus généralement, le facteur de frottement de Fanning est lu dans un graphique, car la plupart des réacteurs à flux continu fonctionnent à des nombres de Reynolds élevés.

La rugosité de la surface de l'intérieur du tuyau est déterminée par mesure. Le nombre de Reynolds est calculé à partir du diamètre du tuyau, de la viscosité du fluide et de la perte de charge. Des tracés du facteur de friction de Fanning par rapport au nombre de Reynolds pour des tuyaux de rugosité variable sont disponibles dans les manuels d'ingénierie. Ces livres ont également des tableaux de la rugosité de surface de divers matériaux.