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輸入計算

數學公式

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結果

Pressure Drop (ΔP)
40,000
帕斯卡 (Pa)
以千帕表示 (kPa) 40 kPa
以巴表示 (bar) 0.4 bar

什麼是達西-韋斯巴赫壓力降?

達西-韋斯巴赫方程式(Darcy-Weisbach equation)是工程上預測流體在管道中因摩擦而產生壓力損失的標準關係式。它適用於任何不可壓縮的牛頓流體(水、油、低速空氣),並可搭配任何一致的單位系統使用。若採用 SI 國際單位(公尺、kg/m³、m/s),計算結果即為帕斯卡(Pa)。

流體流經水平管段並顯示壓降的示意圖
流體流經管道時,由於摩擦,壓力沿管道逐漸降低。

如何使用本計算器

輸入達西摩擦係數(\(f\))、以公尺為單位的管長(\(L\))與管內徑(\(D\))、以 kg/m³ 為單位的流體密度(\(\rho\)),以及以 m/s 為單位的平均流速(\(v\))。計算器會同時回傳帕斯卡(Pa)、千帕(kPa)與巴(bar)三種單位的壓力降。

摩擦係數本身取決於雷諾數(Reynolds number)與管壁粗糙度。在層流狀態下,\(f\) 等於 \(64/Re\);在紊流狀態下,則需先以穆迪圖(Moody chart)或柯爾布魯克方程式(Colebrook equation)求得 \(f\) 值。

公式解析

$$\Delta P = f \times \frac{L}{D} \times \frac{\rho v^{2}}{2}$$其中 \(\rho v^{2}/2\) 為流體的動壓(dynamic pressure)。乘上 \(L/D\) 代表以管徑為基準衡量管道的相對長度,而摩擦係數 \(f\) 則反映管壁粗糙程度與流動的紊流特性。

標註了長度 L、直徑 D、流速 v 和密度 ρ 的管道示意圖
達西-韋斯巴赫變數:管長 L、直徑 D、流速 v 和流體密度。

實例計算

以水為例(\(\rho = 1000 \ \text{kg/m}^3\)),在一條長 100 m、內徑 0.1 m、\(f = 0.02\) 的管道中以 2 m/s 流動:$$\Delta P = 0.02 \times \frac{100}{0.1} \times \frac{1000 \times 2^{2}}{2} = 0.02 \times 1000 \times 2000 = 40{,}000 \ \text{Pa} = 40 \ \text{kPa} = 0.4 \ \text{bar}$$

常見問題

摩擦係數要從哪裡取得?可根據雷諾數與相對粗糙度,從穆迪圖或柯爾布魯克/斯瓦米-堅恩(Swamee-Jain)方程式求得。

可以用流量代替流速嗎?可以。先將體積流量 \(Q\) 換算為流速:\(v = Q / A\),其中 \(A = \pi D^{2}/4\) 為管道截面積。

這個公式適用於可壓縮氣體流動嗎?當氣體處於低馬赫數、密度大致維持不變的情況下適用;若為高速流動或長距離輸氣管線,則應改用可壓縮流體的計算公式。

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