Pour la plupart des flux d'eau et de type CVC dans des tuyaux en acier inoxydable, un facteur de friction Darcy pratique est généralement f ≈ 0,018-0,022 (plage entièrement turbulente, « douce à légèrement rugueuse »). Pour des nombres de Reynolds plus élevés (flux très rapide), f tend souvent vers ~0,015-0,018 ; pour des nombres de Reynolds turbulents inférieurs (près de 5 000 à 20 000), f peut être ~0,03-0,04 .
Pour être précis, calculez f à partir du nombre de Reynolds (Re) et de la rugosité de l'acier inoxydable (ε) en utilisant une corrélation explicite (par exemple, Swamee – Jain ou Haalet) ou l'équation de Colebrook.
Facteur de friction pour tube en acier inoxydable : quelle valeur utiliser
Utilisez le Facteur de friction Darcy (également appelé facteur de friction Darcy-Weisbach) à moins que votre graphique ou logiciel n'indique explicitement « Fanning ». Le facteur Darcy est 4× le facteur Fanning.
Une estimation rapide et défendable lorsque vous ne connaissez pas encore le débit exact est :
- Eau dans une tuyauterie en acier inoxydable typique (Re ~ 50 000 à 300 000) : f ≈ 0,018 à 0,022
- Re très élevé (~1 000 000) : f se rapproche souvent ~0,015-0,018
- Re turbulent inférieur (~ 5 000 à 20 000) : f généralement ~0,03-0,04
Affinez ensuite avec les étapes de calcul ci-dessous une fois que vous connaissez le diamètre, le débit et la viscosité du fluide.
Rugosité de l'acier inoxydable : l'entrée qui détermine le résultat
En écoulement turbulent, le facteur de frottement dépend fortement de rugosité relative (ε/D). L’acier inoxydable est généralement « lisse », mais le ε supposé compte toujours.
| Surface / hypothèse | Rugosité absolue, ε (mm) | Rugosité absolue, ε (m) | Quand utiliser |
|---|---|---|---|
| Acier inoxydable propre (hypothèse de conception courante) | 0.015 | 1,5×10⁻⁵ | Tuyau neuf/propre, ligne de base conservatrice mais lisse |
| Légèrement vieilli/accumulation de film (règle empirique) | 0.03 | 3,0 × 10⁻⁵ | Si vous attendez des dépôts ou un service moins contrôlé |
| État inconnu (marge de conception) | 0.045 | 4,5×10⁻⁵ | Quand vous avez besoin de plus de conservatisme |
Calculer la rugosité relative sous la forme ε/D en utilisant la diamètre interne (pas de taille nominale). Même de petits changements dans D ou ε/D peuvent sensiblement modifier f dans la région entièrement turbulente.
Calcul étape par étape (Re → f) auquel vous pouvez faire confiance
1) Calculer le nombre de Reynolds
Pour un tuyau entièrement circulaire :
Re = (V·D)/ν
- V = vitesse moyenne (m/s)
- D = diamètre intérieur (m)
- ν = viscosité cinématique (m²/s)
2) Choisissez la bonne règle de régime d’écoulement
- Laminaire (Re < 2300) : f = 64/Re
- Transitionnel (2 300-4 000) : évitez la « précision » ; confirmer avec les données de test ou utiliser des marges prudentes
- Turbulent (Re > 4000) : utiliser ε/D avec une corrélation explicite
3) Ecoulement turbulent : formules explicites pratiques
Deux options explicites largement utilisées (Darcy f) :
- Swamee-Jain : f = 0,25 / [log10( (ε/(3,7D)) (5,74/Re^0,9) )]^2
- Haaland : 1/√f = -1,8·log10( [ (ε/(3,7D))^1,11 ] [ 6,9/Re ] )
Si vous itérez dans un logiciel, la référence classique est Colebrook (implicite) :
1/√f = -2·log10( (ε/(3.7D)) (2.51/(Re·√f)) )
Exemple concret : facteur de frottement d'un tuyau en acier inoxydable et chute de pression
Supposons que l'eau soit proche de 20°C, nettoyez les rugosités de l'acier inoxydable ε = 0,015 mm (1,5×10⁻⁵ m), et un diamètre interne de tuyau D = 0,0525 m (environ un identifiant Schedule 40 de 2 pouces). Débit Q = 50 gal/min (0,003154 m³/s).
Calculer la vitesse et le nombre de Reynolds
- Superficie A = πD²/4 = 0,002165 m²
- Vitesse V = Q/A = 1,46 m/s
- Viscosité cinématique ν ≈ 1,0×10⁻⁶ m²/s
- Re = (V·D)/ν ≈ 7,6×10⁴
- Rugosité relative ε/D ≈ 2,86×10⁻⁴
Calculer le facteur de friction (Swamee-Jain)
Facteur de friction Darcy f ≈ 0.0203
Traduire f en perte de pression (Darcy – Weisbach)
Pour une longueur L = 100 m, densité ρ ≈ 998 kg/m³ :
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 kPa par 100 m (environ 4,2 m de hauteur d'eau par 100 m).
Tableau de référence rapide : facteur de friction de l'acier inoxydable par rapport au nombre de Reynolds
Les valeurs ci-dessous supposent ε = 0,015 mm and D = 0,0525 m (ε/D = 2,86×10⁻⁴), en utilisant la corrélation Swamee-Jain. Utilisez-le pour vérifier vos résultats.
| Nombre de Reynolds (Re) | Facteur de friction Darcy (f) | Interprétation typique |
|---|---|---|
| 5 000 | 0.038 | Faible turbulent ; f encore relativement élevé |
| 10 000 | 0.031 | Début turbulent ; sensible à Re |
| 50 000 | 0.0219 | Région de conception commune pour l'eau pompée |
| 100 000 | 0.0194 | Moyennement turbulent ; f se stabilise |
| 1 000 000 | 0.0156 | Très turbulent ; approche un comportement contrôlé par la rugosité |
Pièges courants qui entraînent de mauvais facteurs de friction
- Utilisation de la taille nominale du tuyau au lieu du diamètre interne : f dépend de ε/D et la perte de pression dépend de L/D, donc ID compte deux fois.
- Mélange des facteurs de friction Darcy et Fanning : si votre résultat semble 4× erroné, c'est la raison habituelle.
- Ignorer la température du fluide : changements de viscosité Re ; l'eau plus froide augmente ν et peut augmenter f.
- En supposant que l’acier inoxydable soit toujours « parfaitement lisse » : les soudures, le tartre ou l'accumulation de produit peuvent justifier l'utilisation d'un ε plus élevé que celui d'un tuyau neuf et propre.
- Attendre une haute précision dans le flux de transition : traiter 2 300 à 4 000 comme incertain et concevoir avec marge.
Conclusion : les tuyaux en acier inoxydable cèdent souvent f autour de 0,02 dans les services d'eaux turbulentes courants, mais le nombre le plus fiable provient de Re et ε/D en utilisant une corrélation standard.
