Was ist der Reibungsfaktor des Lüfters?

Der Fanning-Reibungsfaktor ist ein Element bei der Berechnung des Druckverlusts aufgrund von Reibung in einer Rohrleitung. Sie hängt von der Rauheit des Rohrs und dem Grad der Turbulenz innerhalb des Flüssigkeitsstroms ab. Diese Faktoren können experimentell bestimmt werden, häufiger werden sie jedoch aus Grafiken und Diagrammen entnommen. Zahlen sind dimensionslos, das heißt, sie haben keine Maßeinheiten.

Der Druck der durch ein Rohr fließenden Flüssigkeit nimmt aufgrund der Reibung zwischen den Innenwänden des Rohrs und der sich bewegenden Flüssigkeit ab. Pumpen oder Schwerkraft müssen die Energie bereitstellen, um die Flüssigkeit zu bewegen. In sehr langen Rohren ist der Druckabfall aufgrund von Reibungsverlusten so hoch, dass die Flüssigkeit überhaupt nicht fließt. Ölpipelines wie die Alaska-Pipeline erfordern Zwischenpumpstationen, um den Druck zu erhöhen.

Bei jeder Rohrleitungsanwendung ist es wichtig, den Druckverlust zu verstehen, der auftritt, wenn Flüssigkeiten durch Rohre strömen. Es ist für chemische Prozesse, die Rohrleitungen wie Rohrströmungsreaktoren verwenden, von wesentlicher Bedeutung. Als Reaktoren verwendete Rohre erzeugen Reaktionsbedingungen, bei denen Temperatur und Druck leicht kontrolliert werden können. Die Verweilzeit der Reaktion und der Grad der Vervollständigung der Reaktion hängen von der Länge des Schlauchs ab.

Exotherme Reaktionen geben im Verlauf Wärme ab. Um isotherme Bedingungen und einen konstanten Fanning-Reibungsfaktor aufrechtzuerhalten, muss das Rohr im Gegenstrom gekühlt werden. Endotherme Reaktionen, die Wärme absorbieren, erfordern die entgegengesetzte Behandlung. Wenn isotherme Bedingungen nicht eingehalten werden, müssen Berechnungen mit dem Fanning-Reibungsfaktor die Änderung der Viskosität und Reibung berücksichtigen, die beim Erhitzen oder Abkühlen der Flüssigkeit auftritt.

Reynolds-Zahlen sind dimensionslose Maße für den Grad der Turbulenz in der Flüssigkeit. Bei laminarer Strömung mit Reynolds-Zahlen unter 2.000 bewegt sich die Flüssigkeit mit einem kugelförmigen Geschwindigkeitsprofil und geringer Durchmischung. Die maximale Geschwindigkeit liegt in der Mitte des Rohrquerschnitts und beträgt das Doppelte des durchschnittlichen Flüssigkeitsflusses. Bei Reynolds-Zahlen über 3.000 kommt es zu einer turbulenten Strömung mit vollständiger Durchmischung. Zwischen der laminaren und der turbulenten Zone liegt eine dünne Pufferzone mit Reynolds-Zahlen zwischen 2.000 und 3.000.

Der Fanning-Reibungsfaktor kann bestimmt werden, indem der Druckabfall durch ein Rohr gemessen wird, dessen Durchmesser groß genug ist, um für den Feld- oder Anlagenbetrieb skalierbar zu sein. Typischerweise werden diese Experimente durchgeführt, wenn laminare Strömungsbedingungen erforderlich sind. Häufiger wird der Fanning-Reibungsfaktor aus einem Diagramm abgelesen, da die meisten Pfropfenströmungsreaktoren mit hohen Reynolds-Zahlen arbeiten.
Durch Messung wird die Oberflächenrauheit der Rohrinnenseite ermittelt. Die Reynolds-Zahl wird aus dem Rohrdurchmesser, der Flüssigkeitsviskosität und dem Druckabfall berechnet. Diagramme des Fanning-Reibungsfaktors gegen die Reynolds-Zahl für Rohre unterschiedlicher Rauheit sind in technischen Handbüchern verfügbar. Diese Bücher enthalten auch Tabellen zur Oberflächenrauheit verschiedener Materialien.

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