ファニング摩擦係数とは何ですか？

ファニング摩擦係数は、パイプ内の摩擦による圧力損失の計算の要素です。 これは、パイプの粗さと液体流内の乱流のレベルの関数です。 これらの要因は実験的に決定できますが、より多くの場合、チャートと図から取られます。 数値は無次元です。つまり、測定単位がありません。

パイプを流れる液体の圧力は、パイプの内壁と移動する液体との間の摩擦により減少します。 ポンプまたは重力のいずれかが、液体を動かすエネルギーを提供する必要があります。 非常に長いパイプでは、摩擦損失による圧力低下が非常に大きいため、液体はまったく流れません。 アラスカの石油パイプラインなどのパイプラインでは、圧力を上げるために中間ポンプステーションが必要です。

液体がパイプ内を移動するときに発生する圧力損失を理解することは、あらゆる配管アプリケーションで不可欠です。 パイプを管状フローリアクターとして使用する化学プロセスにとって重要です。 反応器として使用されるパイプは、温度と圧力を簡単に制御できる反応条件を作り出します。 反応滞留時間と反応完了の程度は、パイプの長さの関数です。

発熱反応は、進行するにつれて熱を発します。 等温条件と一定のファニング摩擦係数を維持するには、パイプを向流方向に冷却する必要があります。 熱を吸収する吸熱反応には、反対の治療が必要です。 等温条件が維持されない場合、ファニング摩擦係数を使用した計算は、液体が温まるまたは冷えるにつれて発生する粘度と摩擦の変化を満たす必要があります。

レイノルズ数は、液体内の乱流度の無次元の尺度です。 レイノルズ数が2,000未満の層流では、液体は弾丸状の速度プロファイルで動き、ほとんど混合しません。 最大速度はパイプ断面の中心で発生し、液体の平均流量の2倍です。 完全に混合された乱流は、3,000を超えるレイノルズ数で発生します。 レイノルズ数が2,000〜3,000の薄いバッファーゾーンが、層流ゾーンと乱流ゾーンの間に発生します。

ファニング摩擦係数は、現場またはプラントの操作に合わせて拡張可能な直径が十分に大きい配管全体の圧力降下を測定することで決定できます。 通常、これらの実験は、層流条件が必要な場合に実行されます。 より一般的には、ほとんどのプラグフロー反応器は高いレイノルズ数で運転されるため、ファニング摩擦係数はチャートから読み取られます。

パイプ内部の表面の粗さは、測定によって決定されます。 レイノルズ数は、パイプの直径、流体の粘度、圧力損失から計算されます。 さまざまな粗さのパイプのレイノルズ数に対するファニング摩擦係数のプロットは、エンジニアリングハンドブックで入手できます。 これらの本には、さまざまな材料の表面粗さの表もあります。