Rohrströmungsrechner

Die Rohrströmungsanalyse verknüpft Rohrgeometrie, Fluideigenschaften und Geschwindigkeit mit Größen, die zur Pumpenauslegung, Kapazitätsprüfung von Leitungen und Abschätzung von Energieverlusten dienen. Dieser Rechner setzt eine stationäre Strömung eines inkompressiblen newtonschen Fluids durch ein vollständig gefülltes, gerades Kreisrohr voraus. Zuerst werden Durchmesser und Rauheit von Millimetern in Meter umgerechnet, damit alle Gleichungen auf einer einheitlichen SI-Basis arbeiten. Die Querschnittsfläche ist Pi mal Durchmesser zum Quadrat geteilt durch vier. Der Volumenstrom ergibt sich aus Fläche mal mittlerer Geschwindigkeit. Zur besseren Lesbarkeit wird er von Kubikmetern pro Sekunde in Liter pro Sekunde umgerechnet. Die Reynolds-Zahl vergleicht Trägheits- und Zähigkeitseinflüsse. Sie ergibt sich aus Dichte mal Geschwindigkeit mal Durchmesser, geteilt durch die dynamische Viskosität. Werte unter etwa 2,300 weisen meist auf laminare, Werte über etwa 4,000 meist auf turbulente Strömung hin. Dazwischen liegt der Übergangsbereich, in dem Störungen, Formstücke, Einlaufbedingungen und Oberflächenfehler das Verhalten stark beeinflussen können. Da die Reynolds-Zahl dimensionslos ist, lassen sich geometrisch ähnliche Systeme trotz unterschiedlicher Größe, Fluide oder Geschwindigkeiten vergleichen. Der Druckverlust wird mit der Darcy-Weisbach-Gleichung abgeschätzt. Sie multipliziert den Darcy-Reibungsbeiwert mit dem Verhältnis von Länge zu Durchmesser und dem dynamischen Druck. Bei laminarer Strömung verwendet der Rechner die exakte Kreisrohrbeziehung 64 geteilt durch die Reynolds-Zahl. Bei turbulenter Strömung nutzt er die explizite Swamee-Jain-Näherung unter Berücksichtigung von Reynolds-Zahl und relativer Rauheit. Sie bildet die Colebrook-Gleichung in üblichen technischen Bereichen gut ab, ohne iterative Lösung. Der resultierende Druckverlust wird in Kilopascal angezeigt. Die Rohrrauheit bezeichnet die charakteristische Höhe innerer Oberflächenunebenheiten, nicht die gesamte Durchmesserschwankung. Neue Kunststoffrohre oder gezogene Rohre sind sehr glatt, während handelsüblicher Stahl, Beton und gealterte Rohre deutlich rauer sein können. Veröffentlichte Rauheitswerte sind Schätzungen und erfassen Korrosion, Ablagerungen, Verbindungen, Bögen, Ventile oder Fertigungsabweichungen möglicherweise nicht. Reale Systeme enthalten zudem örtliche Verluste durch Formstücke und Querschnittsänderungen. Diese sind hier nicht enthalten und müssen bei der Auslegung eines vollständigen Netzes über Verlustbeiwerte separat ergänzt werden. Nutzen Sie die Ergebnisse als nachvollziehbare erste technische Abschätzung. Prüfen Sie die Stoffwerte bei Betriebstemperatur, da sich Dichte und besonders Viskosität erheblich ändern können. Für Gase, große Druckänderungen, nicht kreisförmige Kanäle, offene Gerinne, nichtnewtonsche Fluide oder sicherheitskritische Auslegungen ist ein geeignetes Modell erforderlich, das anhand geltender Normen und gemessener Leistung überprüft wird.