การไหล

การไหลของไหลนอนนิวโทเนียนในท่อ (Non-Newtonian Pipe Flow)

ความดันตก ลักษณะการไหล Reynolds และเฮดที่สูญเสียของของไหลแบบ power-law / Bingham plastic / Herschel–Bulkley ในท่อตรง เช่น สลัดจ์ น้ำโคลนขุดเจาะ เยื่อกระดาษ

ค่าที่กรอกจะถูกจำไว้ในเบราว์เซอร์นี้

ของไหล (รีโอโลยี)

ค่าจากผลทดสอบ rheogram ของตัวอย่างจริง

แบบจำลองรีโอโลยี

ความเค้นคราก (Yield stress, τ_y)

ความหนืดพลาสติก (Plastic viscosity, μ_p)

Pa·s

ความหนาแน่น ρ

kg/m³

ท่อและอัตราการไหล

อัตราการไหล Q

→ ความเร็วเฉลี่ย V = 0.693 m/s

เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน D

ภายในจริง

ความยาวท่อ L

ความขรุขระผิวท่อ ε

มีผลเฉพาะการไหลปั่นป่วน

ทำความเข้าใจการไหลนอนนิวโทเนียน

ของไหลนอนนิวโทเนียนคืออะไร?

ของไหล นอนนิวโทเนียน มีความหนืดที่เปลี่ยนตามอัตราเฉือน (shear rate) — ต่างจากน้ำ/อากาศที่หนืดคงที่. พบในงานจริงเช่น น้ำโคลนขุดเจาะ (drilling mud), สลัดจ์บำบัดน้ำเสีย, เยื่อกระดาษ, สี, อาหารเหลว และคอนกรีตเหลว.

Power-law: $τ = K γ ˙^{n}$ — n<1 shear-thinning, n>1 shear-thickening
Bingham plastic: $τ = τ_{y} + μ_{p} γ ˙$ — ต้องเกิน yield stress ก่อนจึงไหล
Herschel–Bulkley: $τ = τ_{y} + K γ ˙^{n}$ — รวม yield stress กับ power-law

วิธีคำนวณ

1เลขเรย์โนลด์ส (ตามแบบจำลอง)

Power-law ใช้ Metzner–Reed $Re_{M R}$ ; Herschel–Bulkley ใช้ generalized Re ที่ความหนืดปรากฏที่ผนัง; Bingham ใช้ $Re_{B} = ρ V D / μ_{B}$ . เกณฑ์เปลี่ยน regime $Re_{cr i t} = 2100 (1 + 0.4 n - 0.2 n^{2})$ .

ReMR​=K′8n−1ρV2−nDn​,K′=K(4n3n+1​)n

$ρ$: ความหนาแน่น, kg/m³
$K$: ดัชนีความข้น (consistency index), Pa·sⁿ
$n$: ดัชนีพฤติกรรมการไหล (flow behaviour index), ไม่มีหน่วย

2ตัวประกอบความเสียดทาน

Laminar: power-law/HB ใช้ $f = 16/ Re$ (Fanning); Bingham ใช้สมการ Buckingham–Reiner เต็มรูป (มีแกน plug ทำให้ $f \cdot Re > 16$ ). Turbulent ใช้ Dodge–Metzner (วนซ้ำ).

f=ReB​16​[1+6ReB​He​−3f3ReB7​He4​],He=μB2​ρτy​D2​

3ความดันตก (Fanning)

ทุกค่า $f$ ในเครื่องมือนี้เป็น Fanning ดังนั้นใช้ความสัมพันธ์ Fanning ที่ถูกต้อง.

ΔP=2fDL​ρV2

ตรวจสอบกรณี Newtonian laminar: $Δ P / L = 2 (16/ Re) ρ V^{2} / D = 32 μ V / D^{2}$ (Hagen–Poiseuille). นี่คือเหตุผลที่ต้องใช้สูตร Fanning ไม่ใช่ Darcy $f (L / D) ρ V^{2} /2$ ซึ่งจะให้เพียง ¼ ของค่าจริง.

ข้อจำกัด

เครื่องมือนี้คำนวณ ΔP สภาวะคงตัวของท่อตรงเดี่ยว สำหรับรีโอโลยีของ carrier fluid (ไม่ใช่ของแข็งแขวนลอยแบบ settling — สำหรับสลัดจ์ที่มีของแข็งตกตะกอนใช้ เครื่องมือ settling slurry). ไม่รวม fittings ความต่างระดับ หรือโครงข่าย. ฟิสิกส์ตรงกับเอนจิน Python ของ builder (parity fixture + analytical oracles — ดู lib/calculators/__tests__/nonNewtonianPipeFlow.parity.test.ts).

Metzner, A. B. & Reed, J. C. (1955). Flow of non-Newtonian fluids — correlation of the laminar, transition, and turbulent-flow regions. AIChE J. 1(4).
Dodge, D. W. & Metzner, A. B. (1959). Turbulent flow of non-Newtonian systems. AIChE J. 5(2).
Chhabra, R. P. & Richardson, J. F. (2008). Non-Newtonian Flow and Applied Rheology, 2nd ed. Butterworth-Heinemann.
Darby, R., Mun, R. & Boger, D. V. (1992). Predict friction loss in slurry pipes. Chem. Eng. 99(9) — Buckingham–Reiner สำหรับ Bingham

เครื่องมือที่เกี่ยวข้อง

สลัดจ์/สลารีที่ตกตะกอน (Settling slurry) — เมื่อของแข็งตกตะกอนได้ ไม่ใช่ของไหลเนื้อเดียว
ความดันตกในท่อ (ของไหลนิวโทเนียน) — น้ำ น้ำมัน และของไหลที่หนืดคงที่

ผลการคำนวณเป็นค่าเบื้องต้น — DekEn ใช้วิธีมาตรฐานที่อ้างอิงได้ แต่ไม่ใช่สิ่งทดแทนวิศวกรวิชาชีพ (PE) โปรดตรวจสอบกับข้อมูลโครงการและมาตรฐานที่เกี่ยวข้องก่อนนำไปก่อสร้าง จัดซื้อ หรือออก RFQ

Indicative engineering results — DekEn implements published methods but is not a substitute for a licensed Professional Engineer. Verify against project data and applicable codes before construction, procurement, or RFQ.

วิธีมาตรฐาน

ระดับ: ตรวจสอบแล้ว › วิธีมาตรฐาน › เบื้องต้น · ความหมายและหลักฐาน

ระบบจริงของคุณไม่ได้มีท่อเดียว

แบบจำลองระบบท่อแก้ทั้งระบบพร้อมกัน — วงรอบปิด ปั๊ม วาล์ว แรงดันกระชาก และการจำลอง 24 ชั่วโมง ลองต่อระบบท่อ 3 มิติ แล้วกดรันดูผลจริงได้เลย ไม่ต้องสมัครบัญชี · สร้างระบบท่อของคุณเอง บันทึกโปรเจกต์ และทำ safety study ได้ในแพ็ก Pro

ลองต่อระบบท่อ 3 มิติ ดูแพ็ก Pro