Wat is de fanning wrijvingsfactor?

De waaierwrijvingsfactor is een element in de berekening van drukverlies door wrijving in een buis. Het is een functie van de ruwheid van de buis en het turbulentie niveau in de vloeistofstroom. Deze factoren kunnen experimenteel worden bepaald, maar komen vaker uit grafieken en diagrammen. De getallen zijn dimensieloos, wat betekent dat ze geen maateenheden hebben.

De vloeistofdruk die door een pijp stroomt neemt af als gevolg van wrijving tussen de binnenwanden van de pijp en de bewegende vloeistof. Pompen of zwaartekracht moeten de energie leveren om vloeistof te verplaatsen. In zeer lange buizen zal de drukval door wrijvingsverlies zo hoog zijn dat de vloeistof helemaal niet zal stromen. Pijpleidingen, zoals de oliepijpleiding van Alaska, hebben tussenliggende pompstations nodig om de druk te verhogen.

Een goed begrip van het drukverlies dat optreedt wanneer vloeistoffen door leidingen bewegen, is essentieel in elke leidingstoepassing. Het is van cruciaal belang voor chemische processen waarbij buizen worden gebruikt als buisstroomreactoren. Pijpen die als reactoren worden gebruikt, produceren reactieomstandigheden waarin temperatuur en druk gemakkelijk worden geregeld. De verblijftijd van de reactie en de mate van voltooiing van de reactie is een functie van de lengte van de buis.

Exotherme reacties geven warmte af naarmate ze vorderen. Om isotherme omstandigheden en een constante waaiingswrijvingsfactor te handhaven, moet de buis in tegenstroomrichting worden gekoeld. Endotherme reacties, die warmte absorberen, vereisen de tegenovergestelde behandeling. Als de isotherme omstandigheden niet worden gehandhaafd, moeten de berekeningen met de fanning-wrijvingsfactor voldoen aan de verandering in viscositeit en wrijving die optreedt wanneer de vloeistof warmer of koeler wordt.

Reynolds-getallen zijn dimensieloze metingen van de mate van turbulentie in de vloeistof. In laminaire stroming met Reynolds-getallen van minder dan 2.000 beweegt de vloeistof met een kogelvormig snelheidsprofiel en weinig vermenging. De maximale snelheid vindt plaats in het midden van de buisdoorsnede en is twee keer de gemiddelde vloeistofstroom. Turbulente stroming, met volledig mengen, vindt plaats bij Reynolds-getallen boven 3.000. Een dunne bufferzone, met Reynolds-nummers tussen 2.000 en 3.000, treedt op tussen de laminaire en turbulente zones.

Een waaiingswrijvingsfactor kan worden bepaald door drukdruppels over leidingen te meten die groot genoeg zijn in diameter om schaalbaar te zijn voor veld- of fabrieksbewerkingen. Typisch worden deze experimenten uitgevoerd als laminaire stromingsomstandigheden nodig zijn. Vaker wordt de fanning-wrijvingsfactor gelezen uit een grafiek, omdat de meeste plugflowreactoren op hoge Reynolds-getallen werken.

De ruwheid van het oppervlak van de buis wordt bepaald door meting. Het Reynolds-nummer wordt berekend op basis van de buisdiameter, de viscositeit van de vloeistof en de drukval. Plots van de Fanning-wrijvingsfactor tegen het Reynolds-nummer voor pijpen van verschillende ruwheid zijn beschikbaar in technische handboeken. Deze boeken hebben ook tabellen van de oppervlakteruwheid van verschillende materialen.