เครื่องมือวิศวกรรมฟรี
เครื่องคำนวณความเร็วการไหลในท่อ
คำนวณความเร็วการไหล v = 4Q/(πd²), เลขเรย์โนลด์ และตรวจสอบกับขีดจำกัดความเร็วที่แนะนำสำหรับระบบไฮดรอลิกและระบบน้ำ.
ผลลัพธ์
สูตรความเร็วการไหล
ความเร็วเฉลี่ยของการไหลในท่อทรงกลมได้มาจากสมการความต่อเนื่อง Q = v × A:
- v — ความเร็วการไหลเฉลี่ย (เมตร/วินาที)
- Q — อัตราการไหลเชิงปริมาตร (m³/s)
- d — เส้นผ่านศูนย์กลางภายในท่อ (เมตร)
- A — พื้นที่หน้าตัดของท่อ (ตร.ม.)
เลขเรย์โนลด์
เลขเรย์โนลด์เป็นตัวกำหนดลักษณะการไหล — แบบราบเรียบ แบบเปลี่ยนผ่าน หรือแบบปั่นป่วน:
- Re < 2300 — การไหลแบบราบเรียบ (ราบรื่น เป็นระเบียบ)
- 2300 ≤ Re ≤ 4000 — ระยะเปลี่ยนผ่าน (ไม่เสถียร)
- Re > 4000 — การไหลแบบปั่นป่วน (วุ่นวาย มีแรงเสียดทานสูง)
ขีดจำกัดความเร็วที่แนะนำ
| ประเภทเส้น | ความเร็ว (เมตร/วินาที) | ความเร็ว (ฟุต/วินาที) | หมายเหตุ |
|---|---|---|---|
| ระบบดูดไฮดรอลิก | 0.5 – 1.5 | 1.6 – 4.9 | ป้องกันการเกิดโพรงอากาศที่ทางเข้าปั๊ม |
| แรงดันไฮดรอลิก | 3.0 – 6.0 | 9.8 – 19.7 | ความเร็วสูงสุด 7 เมตร/วินาที สำหรับการวิ่งระยะสั้น |
| ระบบส่งกลับไฮดรอลิก | 2.0 – 4.0 | 6.6 – 13.1 | ท่อขนาดใหญ่แรงดันต่ำสามารถใช้งานได้ |
| ระบบประปา | 1.0 – 3.0 | 3.3 – 9.8 | ขีดจำกัดเสียง ~2.5 เมตร/วินาที ในอาคาร |
| ไอน้ำ (อิ่มตัว) | 20 – 40 | 66 – 131 | ความเร็วสูงเป็นลักษณะเฉพาะของไอน้ำ |
| อากาศอัด | 6 – 15 | 20 – 49 | ความเร็วที่สูงขึ้น = การลดลงของความดันที่มากขึ้น |
อ้างอิงตารางขนาดท่อ — เส้นผ่านศูนย์กลางภายในจากเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและความหนาของผนัง
ขนาดท่อเหล็กทั่วไป (Schedule 40) พร้อมเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก ความหนาของผนัง และเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน:
| นาม | OD (mm) | ความหนาผนัง (mm) | ID (mm) |
|---|---|---|---|
| DN15 (½″) | 21.3 | 2.77 | 15.8 |
| DN20 (¾″) | 26.7 | 2.87 | 20.9 |
| DN25 (1″) | 33.4 | 3.38 | 26.6 |
| DN32 (1¼″) | 42.2 | 3.56 | 35.1 |
| DN40 (1½″) | 48.3 | 3.68 | 40.9 |
| DN50 (2″) | 60.3 | 3.91 | 52.5 |
| DN65 (2½″) | 73.0 | 5.16 | 62.7 |
| DN80 (3″) | 88.9 | 5.49 | 77.9 |
| DN100 (4″) | 114.3 | 6.02 | 102.3 |
| DN150 (6″) | 168.3 | 7.11 | 154.1 |
| DN200 (8″) | 219.1 | 8.18 | 202.7 |
ตัวอย่างการปฏิบัติ
ที่ให้ไว้: อัตราการไหล (Q) = 60 ลิตร/นาที, เส้นผ่านศูนย์กลางภายในท่อ (Pipe ID) = 25 มม., ความหนืดของน้ำมัน = 32 cSt
แปลงค่า: Q = 60 / 60000 = 0.001 m³/s, d = 0.025 m
A = π/4 × 0.025² = 4.909 × 10⁻⁴ ตร.ม.
v = 0.001 / 4.909×10⁻⁴ = 2.04 เมตร/วินาที
Re = 2.04 × 0.025 / (32 × 10⁻⁶) = 1,592 → ลามินาร์
ความเร็ว 2.04 เมตร/วินาที อยู่ในเกณฑ์ที่แนะนำสำหรับท่อแรงดัน (3–6 เมตร/วินาที คือค่าที่เหมาะสมที่สุด แต่ 2 เมตร/วินาที ก็ถือว่ายอมรับได้).
⚠️ หมายเหตุ: ความเร็วที่คำนวณได้คือความเร็วเฉลี่ยตลอดหน้าตัดของท่อ ความเร็วที่แท้จริงจะแตกต่างกันไป ตั้งแต่ศูนย์ที่ผนังไปจนถึงค่าสูงสุดที่กึ่งกลาง (ลักษณะโค้งพาราโบลาสำหรับการไหลแบบลามินาร์).
ใช้สูตร v = 4Q / (π d²). แปลงอัตราการไหล Q เป็น m³/s (นำค่าในหน่วย L/min หารด้วย 60,000) และเส้นผ่านศูนย์กลาง d เป็นเมตร (นำค่าในหน่วย mm หารด้วย 1000). ผลลัพธ์คือความเร็วเฉลี่ยของการไหลในหน่วย m/s.
ตัวอย่าง: 60 L/min ผ่านท่อขนาด 25 mm → v = 4 × 0.001 / (π × 0.025²) = 2.04 m/s.
คำแนะนำมาตรฐานสำหรับความเร็วการไหลในระบบไฮดรอลิก:
- ท่อดูด: 0.5 – 1.5 m/s (หลีกเลี่ยงการเกิดคาวิเทชันที่ทางเข้าปั๊ม)
- ท่อแรงดัน: 3 – 6 m/s (สูงสุด 7 m/s สำหรับท่อช่วงสั้น)
- ท่อไหลกลับ: 2 – 4 m/s
สำหรับระบบน้ำ: 1 – 3 m/s; ในอาคารให้รักษาความเร็วต่ำกว่า 2.5 m/s เพื่อควบคุมเสียง.
ความเร็วที่สูงเกินไปทำให้เกิด:
- เสียงและการสั่นสะเทือนในระบบท่อ
- ความดันตกเพิ่มขึ้น (แปรผันตาม v²)
- การสึกกร่อนของผนังท่อและข้อต่อ
- ความเสี่ยงต่อการเกิดคาวิเทชันในท่อดูด
- วอเตอร์แฮมเมอร์เมื่อปิดวาล์วอย่างฉับพลัน
เลือกขนาดท่อให้ความเร็วอยู่ในขอบเขตที่แนะนำเสมอ.
เลขเรย์โนลด์ส Re = vD/ν เป็นอัตราส่วนไร้มิติระหว่างแรงเฉื่อยกับแรงหนืด. เลขนี้กำหนดรูปแบบการไหล:
- Re < 2300: การไหลแบบลามินาร์ — ราบเรียบ, คาดการณ์ได้, มีแรงเสียดทานต่ำ
- 2300 – 4000: การไหลช่วงเปลี่ยนผ่าน — ไม่เสถียร, หลีกเลี่ยงการออกแบบให้ทำงานในช่วงนี้
- Re > 4000: การไหลแบบปั่นป่วน — ไม่เป็นระเบียบ, มีแฟกเตอร์ความเสียดทานสูงกว่า
รูปแบบการไหลกำหนดว่าต้องใช้สูตรแฟกเตอร์ความเสียดทานใดในการคำนวณความดันตก.
สำหรับอัตราการไหลและขนาดท่อที่กำหนด ความหนืดไม่ได้เปลี่ยนความเร็วโดยตรง — สมการความต่อเนื่อง v = Q/A ไม่ขึ้นอยู่กับความหนืด
อย่างไรก็ตาม ความหนืดมีผลต่อเลขเรย์โนลด์ส ซึ่งเป็นตัวกำหนดรูปแบบการไหลและการสูญเสียจากแรงเสียดทาน ความหนืดที่สูงขึ้นจะลดเลขเรย์โนลด์สและเปลี่ยนรูปแบบการไหลและการสูญเสียความดัน สำหรับการไหลแบบลามินาร์ในท่อกลม ตัวประกอบแรงเสียดทานของดาร์ซีมีค่าเท่ากับ 64/Re; เมื่อความเร็วและเส้นผ่านศูนย์กลางท่อเท่ากัน Re ที่ต่ำกว่าจะหมายถึงตัวประกอบแรงเสียดทานที่สูงกว่า
ค่าความหนืดทั่วไป: น้ำที่ 20°C ≈ 1 cSt; น้ำมันไฮดรอลิก ISO VG 32 ที่ 40°C ≈ 32 cSt; ISO VG 46 ที่ 40°C ≈ 46 cSt
ขั้นตอนที่อธิบายไว้ในหน้านี้ได้รับการพัฒนาและทดสอบภาคสนามโดยทีมงาน Vibromera โดยใช้ Balanset-1A ซึ่งเป็นเครื่องบาลานซ์และเครื่องวิเคราะห์การสั่นสะเทือนแบบสองช่องสัญญาณชนิดพกพา สำหรับการบาลานซ์โรเตอร์หน้างาน
อุปกรณ์และซอฟต์แวร์การถ่วงสมดุลภาคสนามระดับมืออาชีพ ใช้งานในกว่า 50 ประเทศ.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko เป็นวิศวกรวิเคราะห์การสั่นสะเทือน และเป็นผู้ก่อตั้งและประธานเจ้าหน้าที่บริหารของ Vibromera กว่า 15 ปีที่เขาถ่วงสมดุลเครื่องจักรหมุนในภาคสนามแทนที่จะทำบนแท่นทดสอบ ได้แก่ มุลเชอร์ พัดลมอุตสาหกรรม เครื่องบด เครื่องหมุนเหวี่ยง เพลา และสปินเดิล งานนี้เองที่ทำให้เกิดเครื่องมือ Balanset — ออกแบบมาให้เป็นเครื่องมือที่ผู้เชี่ยวชาญสามารถถือไปยังเครื่องจักรและใช้งานได้ด้วยตัวคนเดียวหน้างาน ไม่ใช่อุปกรณ์สำหรับห้องปฏิบัติการ Vibromera ก่อตั้งขึ้นในปี 2017 และตั้งฐานอยู่ที่เมืองปอร์ตู ประเทศโปรตุเกส ตั้งแต่ปี 2023 การพัฒนา การประกอบ และการสนับสนุนผลิตภัณฑ์ตระกูล Balanset ทั้งหมดเกิดขึ้นที่นี่ เครื่องมือเรือธงคือ Balanset-1A เครื่องวิเคราะห์แบบพกพาสำหรับการถ่วงสมดุลหนึ่งระนาบและสองระนาบ และสำหรับการวินิจฉัยการสั่นสะเทือน Nikolai มีส่วนร่วมด้วยตนเองในการสนับสนุนลูกค้า ในการแก้ไขงานถ่วงสมดุลที่ยาก และในการพัฒนาซอฟต์แวร์ เขาทำงานกับลูกค้าทั่วโลกในทุกภาษา
