حاسبة فقدان الاحتكاك: فقدان رأس أنبوب دارسي-وايسباخ

تم التحديث في أغسطس 2026

حاسبة فقدان الاحتكاك هي أداة تقدر الطاقة التي يفقدها السائل المتدفق أثناء تحركه عبر الأنبوب. هذا يعود فقدان كبير للرأس في الأنابيب المستقيمة في القدمين من أربعة مدخلات معروفة: جالون أمريكي في الدقيقة، القطر الداخلي الفعلي، طول الأنبوب المستقيم، وعامل الاحتكاك دارسي.

لا يحسب التركيبات أو الارتفاع الثابت أو ضغط التفريغ المطلوب أو إجمالي الرأس الديناميكي. هذه الحدود متعمدة. تبدأ الإجابات المفيدة بتسمية أي جزء من النظام الهيدروليكي تم حسابه بالضبط.

حساب فقدان الاحتكاك الأنابيب المستقيمة

أدخل القيم الأربع كما هي موجودة في سجل الحساب. استخدم gpm السائل الأمريكي للتدفق، بوصة ل القطر الداخلي الفعلي, ، أقدام لطول الأنبوب المستقيم، وبدون أبعاد دارسي عامل الاحتكاك. والنتيجة هي احتكاك رأس قدم السائل المتدفق.

1. تأكيد معدل التدفق ووحدة US-gpm الخاصة به.
2. استخدم القطر الداخلي الخاص بالجدول الزمني أو المادة، وليس ملصق الأنبوب الاسمي.
3. قم بقياس الأنبوب المستقيم المتضمن في هذا الحساب فقط.
4. أدخل عامل احتكاك دارسي من طريقة رقم رينولدز والخشونة الموثقة.
5. احمل النتيجة إلى حساب النظام الأوسع دون إعادة تسميتها بالرأس الديناميكي الإجمالي.

نطاق: خسارة كبيرة للأنابيب المستقيمة ذات القطر الداخلي الثابت فقط. يتوافق مع إطار عمل EPA EPANET 2.2, ، تعالج الآلة الحاسبة الخسائر الطفيفة بشكل منفصل وتستبعد المرفقين، والصمامات، والمداخل، والمخارج، والرأس الثابت، ورأس الضغط المطلوب، والخشونة التلقائية أو بحث كولبروك، والتدفق غير النيوتوني، وسلوك الملاط، وكفاءة المضخة.

التدفق الصفري أو الطول المستقيم الصفري يؤدي إلى خسارة صفرية. القطر الداخلي صفر أو سالب غير قابل للاستخدام فعليًا ويتم رفضه. يجب أن يكون عامل الاحتكاك إيجابيًا أيضًا. تعمل هذه الفحوصات على إيقاف العمليات الحسابية التي قد تبدو دقيقة بينما لا تمثل أي أنبوب صالح. كما أنها تقلل من خطر إخفاء المدخلات الخاطئة خلف دقة زائفة.

معادلة دارسي-وايسباخ وسجل إدخال فقدان الرأس القابل للتكرار

تستخدم الآلة الحاسبة معادلة دارسي-وايسباخ للخسارة الكبرى

h_f = ف_D × (لتر/د) × الخامس²/(2 جرام)

السرعة تأتي من التدفق الحجمي المدخل ومنطقة التدفق الدائري

الخامس = س/أ, ، أين أ = ¹د²/4.

في هذه العلاقة، ه_f هو فقدان رأس الأنبوب المستقيم، f_D هو عامل احتكاك دارسي، L هو الطول المستقيم، D هو القطر الداخلي الفعلي، V هو متوسط السرعة، وg هو تسارع الجاذبية. ال دليل المستخدم EPA EPANET 2.2 يصف دارسي فايسباخ بأنها الصيغة الصحيحة نظريًا لفقدان الرأس ويعامل الخسائر الطفيفة بشكل منفصل. ال دليل قياس المياه التابع لمكتب الاستصلاح الأمريكي يسميها العلاقة الأكثر صرامة ويصف عامل الاحتكاك بأنه بلا أبعاد.

A سجل إدخال فقدان الرأس القابل للتكرار يبقي النتيجة قابلة للتدقيق:

تقوم سلسلة الأبعاد الداخلية بتحويل gpm والبوصة الأمريكية إلى وحدات ثابتة تبلغ قدم ثانية. ال دليل NIST إلى SI، الملحق ب.9 يعطي 1 جالون في الدقيقة أمريكي كـ 6.309020 × 10^-5 m³/s والجاذبية القياسية 9.80665 م/ث². يتم تحويل هذه التعريفات إلى أقدام دون تغيير الكمية الأساسية. إن الحفاظ على سلسلة الوحدة هذه بشكل واضح يحمي دقة الحساب.

مثال عملي: 100 جالون في الدقيقة من خلال قطر داخلي يبلغ 2.067 بوصة

بالنسبة للمثال المسجل، أدخل 100 جالون في الدقيقة أمريكي، وقطر داخلي فعلي يبلغ 2.067 بوصة، وطول مستقيم يبلغ 100 قدم، وعامل دارسي يبلغ 0.02. تستخدم سلسلة الوحدة تعريفات التحويل والجاذبية القياسية في نيست SP 811 الملحق ب.9. يتحقق هذا المتجه المرجعي من المكون؛ إنها ليست توصية أنبوب.

1. تحويل التدفق: 100 جالون في الدقيقة أمريكي = 0.2228009259 قدم³/س.
2. تحويل القطر: 2.067 بوصة = 0.17225 قدم.
3. حساب المساحة: ³/4 × 0.17225² = حوالي 0.02330 قدم².
4. احسب السرعة: Q/A = حوالي 9.56112 قدم/ثانية.
5. حساب الخسارة: 0.02 × (100/0.17225) × 9.56112²/(2 × 32.17405) = 16.495001 قدم.

النتيجة المعروضة هي 16.50 قدمًا من فقدان رأس الاحتكاك بالأنبوب المستقيم. وهي صالحة فقط للمدخلات المذكورة واتفاقية عامل دارسي. الأرقام الإضافية تدعم الاختبار المسجل؛ لا يطالبون بدقة القياس الميداني.

الآن عقد التدفق والطول وf_D ثابت أثناء تغيير المعرف الفعلي إلى 4.026 بوصة. النتيجة المحسوبة بشكل مستقل حوالي 0.5884 قدم. الفرق الحاد هو فحص حساسية القطر والقوة الخامسة: يظهر القطر الداخلي مرة واحدة في L/D وأربع قوى أخرى من خلال مربع السرعة لأن المساحة تتدرج مع D². بالنسبة للتدفق الثابت في هذه المعادلة، تتناسب العلاقة الرياضية مع 1/D⁵. إنه تفسير للحساسية، وليس إذنًا لتجاهل السرعة أو التكلفة أو نقل المواد الصلبة أو قيود اختيار الأنابيب.

يمكن أن يؤدي فحص المقياس إلى اكتشاف أخطاء واضحة. إذا كانت الآلة الحاسبة تُرجع نفس الخسارة تقريبًا لـ 2.067 بوصة و4.026 بوصة عند التدفق الثابت، فأعد التحقق مما إذا كانت تستخدم الحجم الاسمي أو نصف القطر بدلاً من القطر أو وحدة غير متناسقة. إذا كانت الإجابة تختلف بأربعة بالضبط، فتحقق من اتفاقية دارسي مقابل فانينغ.

كيف يغير التدفق والقطر والطول وعامل الاحتكاك النتيجة

يغير الجدول أدناه مدخلاً واحدًا في كل مرة حول الحالة الأساسية المسجلة. كل قيمة تتبع نفس الشيء العلاقة بين المعهد الهيدروليكي ودارسي فايسباخ. توضح هذه المقارنة الخاضعة للرقابة خطر نسخ نتيجة واحدة عبر واجب هيدروليكي مختلف؛ إنه ليس جدول جدول المواد أو الأنابيب.

عند القطر الثابت والعامل الثابت، تتناسب السرعة مع التدفق وتتناسب الخسارة مع مربع التدفق. وبالتالي فإن مضاعفة التدفق تضاعف الخسارة المحسوبة بأربعة. في النظام الحقيقي، ومع ذلك، f_D قد يتغير أيضًا لأن رقم رينولدز يتغير. استخدم العلاقة كفحص متحكم فيه، وليس كبديل لإعادة حساب العامل.

الطول و_D أدخل خطيا. ينتج عن التشغيل المستقيم الأطول 20% خسارة كبيرة أكبر 20% إذا ظلت المدخلات الأخرى ثابتة. عامل دارسي الأعلى 20% يفعل الشيء نفسه. القطر أكثر حساسية بكثير لأنه يغير مساحة المقطع العرضي وكذلك L/D.

هذا هو السبب في أن أنبوب “2 بوصة لا يعد مدخلاً كافيًا. الحجم الاسمي هو ملصق عائلي. يختلف المعرف الفعلي حسب الجدول الزمني وسمك الجدار ونظام المواد والبطانة والتآكل ومواصفات التصنيع. سجل المعرف الفعلي المستخدم في الحساب.

دارسي فايسباخ ضد هازن ويليامز وطرق خرطوم الإطفاء

نتائج البحث عن الآلات الحاسبة لفقد الاحتكاك تمزج عدة طرق. أنها لا تقبل المعاملات القابلة للتبديل. تفصل بينهما مصفوفة حدود اختيار الطريقة

ال حاسبة الري بجامعة ولاية واشنطن يستخدم Hazen-Williams، بينما تستخدم نتائج خرطوم الحريق معاملات موجهة نحو الخرطوم. تستخدم هذه المقالة Darcy-Weisbach بحيث تظل الطريقة واتفاقية العامل واضحة.

قد تقوم أدوات البحث بتسمية مهمة أ حاسبة احتكاك الأنابيب, تدفق الأنابيب الحساب،, فقدان الاحتكاك في الأنابيب, فقدان الرأس الاحتكاكي, ، أو حساب انخفاض الضغط. هذه التسميات لا تثبت المعادلة. في نظام إمدادات المياه أو الرشاشات، قد تظهر معادلة هازن-وليامز؛ تستخدم صيغة هازن-وليامز التجريبية معامل الخشونة بدلاً من دارسي ف_D. يحدد تدفق المياه وسطح الأنبوب الداخلي وطول الأنبوب والطريقة المختارة ما إذا كانت حسابات فقدان الاحتكاك دقيقة. النتيجة في قدم الرأس لا تكون psi حتى يتم تحويلها. الملصقات الدقيقة تحافظ على سجل نظام الأنابيب بشكل لا لبس فيه.

“عامل الاحتكاك” وحده غامض. مصطلحات أشراي يميز عامل فانينغ عن تعريفات عامل الاحتكاك الأخرى. وبموجب الاتفاقية الشائعة، فإن عامل دارسي هو أربعة أضعاف عامل فانينغ. تتطلب هذه الآلة الحاسبة دارسي ف_D. إن إدخال قيمة Fanning دون تحويلها من شأنه أن يقلل من النتيجة بعامل أربعة.

لا تختار طريقة لمجرد أن الآلة الحاسبة الخاصة بها تطلب مدخلات أقل. اختر المعادلة التي تتطابق افتراضاتها مع السائل والأنبوب والأدلة المتاحة والقرار. احتفظ بهذا الاختيار بالنتيجة حتى يتمكن مهندس آخر من إعادة إنتاجها.

فقدان الاحتكاك الكبير ليس إجمالي الرأس الديناميكي

رأس الاحتكاك هو خط واحد في توازن نظام المضخة الأوسع. ال دليل EPA EPANET وبالمثل يتعامل مع الخسارة الطفيفة بشكل منفصل عن فقدان رأس الأنبوب. يؤدي استدعاء الرأس الديناميكي الإجمالي لمكون واحد إلى خلق خطر التحجيم وواجب المضخة الخاطئ؛ المزيد من الدقة العشرية لا يمكنها تصحيح خطأ النطاق هذا. تحافظ حدود TDH المكونة من أربعة أجزاء على القطع منفصلة

لاختيار المضخة، احمل هذه النتيجة إلى حساب النظام الكامل. BBP حاسبة الرأس الديناميكية الإجمالية يتناول المهمة الأوسع. تظل مقالة فقدان الاحتكاك تابعة لتلك الصفحة بدلاً من إنشاء هدف TDH ثانٍ.

قد تكون الخسائر الطفيفة صغيرة في خط طويل وبسيط أو مادة في نظام مدمج به العديد من التركيبات. يصف اسمها المعالجة الرياضية، وليس وعدًا بأن تأثيرها المشترك لا يكاد يذكر. استخدم قيم K أو طريقة مقبولة ذات طول مكافئ للمكونات الفعلية وأضف النتيجة باستمرار.

بمجرد إنشاء إجمالي الرأس والتدفق، تظل الطاقة الكهربائية أو طاقة العمود تتطلب الكفاءة وعلاقة الطاقة الصحيحة. BBP دليل صيغة طاقة المضخة يغطي هذا الحساب التالي. نتيجة فقدان الاحتكاك في حد ذاتها لا تحدد أ نموذج المضخة, ، تصنيف المحرك، نقطة التشغيل، أو تكلفة الطاقة.

اختيار وتوثيق عامل الاحتكاك دارسي

الآلة الحاسبة تطلب f_D بدلاً من اختراعه من ملصق مادي. ال دليل USBR ينص على أن عامل دارسي-وايسباخ هو دالة لعدد رينولدز والخشونة النسبية. ال أداة بيانات المعهد الهيدروليكي يربط حسابات احتكاك الأنابيب مع كولبروك، والخشونة النسبية، ورقم رينولدز، ومخطط مودي.

إذا ف_D غير معروف، حدد خصائص السائل ودرجة الحرارة، واحسب رقم رينولدز، وحدد القطر الداخلي الفعلي وحالة الأنبوب، وحدد الخشونة المطلقة والنسبية من مصدر مناسب، واستخدم مخطط Moody-chart أو سير عمل Colebrook الموثوق به. ثم سجل ما إذا كانت القيمة الناتجة هي دارسي أو فانينغ.

قد يكون جدول الخشونة العام مفيدًا كمدخل فحص، ولكنه ليس دليلاً على الحالة داخل الأنبوب المثبت. يمكن أن يؤدي التآكل والبطانة والحجم والرواسب والتآكل واختلافات التصنيع إلى تغيير الخشونة الفعالة. إذا كان القرار حساسًا للعامل، فقم بتشغيل نطاق معقول وتوثيق عدم اليقين.

هذه الأداة لا تتحقق من صحة تدفق الملاط أو غير النيوتوني. تركيز المواد الصلبة، وحجم الجسيمات، وسرعة الترسيب، وكثافة الخليط، والريولوجيا، والتآكل، والتدفق غير المتجانس يمكن أن يجعل عامل السائل النظيف غير مناسب. استخدم التحليل الهيدروليكي المتخصص للملاط عند تطبيق هذه الشروط.

الأخطاء الشائعة وسجل الحساب السداسي

غالبًا ما تكون الأخطاء الأكثر تكلفة هي أخطاء التتبع بدلاً من أخطاء الآلة الحاسبة. ال دليل قياس المياه USBR يربط عامل دارسي برقم رينولدز والخشونة النسبية، لذلك يمكن أن تكون النتيجة صحيحة حسابيًا وتظل غير قابلة للاستخدام عند إدخال القطر أو اصطلاح العامل أو الطريقة أو النطاق الخاطئ.

• القطر الاسمي الذي تم إدخاله كمعرف فعلي: ينتشر الخطأ عبر كل من المنطقة وL/D.
• تم إدخال Fanning f كـ Darcy f: يمكن أن تكون النتيجة منخفضة جدًا أربع مرات بموجب التعريفات الشائعة.
• دخل Hazen-Williams C كـ f_D: المعاملات تنتمي إلى معادلات مختلفة.
• تم حذف التركيبات والنتيجة تسمى الرأس الديناميكي الإجمالي: تمت تسمية أحد المكونات بشكل خاطئ على أنه متطلبات النظام بأكملها.
• الوحدات المنسوخة بدون ملصق الوحدة: جالون أمريكي في الدقيقة، جالون إمبراطوري في الدقيقة، متر مكعب في الساعة، بوصة، ومليمتر ليست مدخلات قابلة للتبديل.
• عامل منسوخ عبر الواجبات: قد يكون رقم رينولدز أو خصائص السوائل أو درجة الحرارة أو الخشونة قد تغير.
• تم تقديم حساب السائل النظيف كدليل على الملاط: تم تجاوز حدود النموذج.

قم بتضمين هذا السجل المكون من ستة حقول مع مراجعة التصميم أو طلب مضخة لعرض الأسعار (RFQ):

1. التدفق: القيمة والوحدة والحالة العادية/الحد الأقصى والمصدر.
2. القطر الداخلي الفعلي: القيمة والجدول الزمني/أساس المادة والحالة.
3. الطول المستقيم: يشمل التشغيل والمراجعة.
4. عامل دارسي: القيمة، الاتفاقية، الطريقة، رقم رينولدز، ومصدر الخشونة.
5. أساس السائل: السائل ودرجة الحرارة وأي افتراض للسائل النظيف أو النيوتوني.
6. الاستثناءات: التركيبات، والارتفاع، والضغط المطلوب، وتأثيرات الملاط، والمكونات الأخرى غير المحسوبة.

احتفظ بالنتيجة غير المقربة في ملف الحساب وقم بتدوير القيمة المعروضة فقط لتتناسب مع القرار. عادة ما تكون منزلتان عشريتان مناسبتين للواجهة؛ فهي لا تعني أن المدخلات أو حالة الأنابيب معروفة بنفس الدقة.

الأسئلة المتداولة

المراجع والمصادر

• وكالة حماية البيئة الأمريكية،, دليل المستخدم EPANET 2.2.
• مكتب الاستصلاح الأمريكي،, دليل قياس المياه، الفصل 2 القسم 16.
• المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا،, دليل SI، الملحق ب.9.
• أشراي،, المصطلحات: عامل الاحتكاك وفقدان الاحتكاك.
• المعهد الهيدروليكي،, تدفق السوائل، وفقدان احتكاك الأنابيب.
• جامعة ولاية واشنطن،, حاسبات فقدان الضغط لخطوط الأنابيب.