什麼是管道流速計算器?
這項工具可計算流體在圓形管道中流動時的平均流速。流速是管路設計中最關鍵的參數之一,會直接影響壓力損失、管壁沖蝕、流動噪音以及泵浦的選型。一般而言,工程師會將壓力管線中的液體流速控制在約 1~3 m/s,以在摩擦損失與管材成本之間取得平衡。
如何使用
先輸入體積流量,並選擇對應的單位(m³/s、m³/h、L/s 或 L/min)。接著以毫米(mm)為單位輸入管道的內徑。計算器會自動將所有數值換算為 SI 單位,計算管道的截面積,並輸出以每秒公尺(m/s)為單位的平均流速,同時顯示截面積與以 m³/s 表示的流量。
公式說明
平均流速等於體積流量 \(Q\) 除以流動截面積 \(A\):
$$v = \frac{Q}{A}$$對於圓形管道,截面積為 \(A = \dfrac{\pi d^{2}}{4}\),因此流速可寫成 $$v = \frac{4Q}{\pi d^{2}}$$其中 \(Q\) 須以 m³/s 為單位、\(d\) 須以公尺(m)為單位,算出的 \(v\) 才會是 m/s。
實際範例
假設流量 \(Q = 0.05\ \text{m}^3/\text{s}\),通過一根內徑 \(d = 100\ \text{mm} = 0.1\ \text{m}\) 的管道。截面積為 $$A = \frac{\pi (0.1)^{2}}{4} = 0.007854\ \text{m}^2$$流速則為 $$v = \frac{0.05}{0.007854} \approx 6.37\ \text{m/s}$$對液體管線而言,這個流速偏高,意味著或許應改用更大口徑的管道。
常見問題
該用內徑還是外徑?請一律使用內徑(管腔直徑),因為流體實際通過的截面就是管腔內側的面積。
建議的流速是多少?常見的經驗法則為:壓力管中的水約 1~3 m/s;吸入管線則應更低,以避免發生氣蝕(cavitation)。
這個計算器適用於氣體嗎?可以,公式完全相同;不過對於可壓縮的氣體,輸入的體積流量必須是在實際操作壓力與溫度下的數值。