這個計算器的功能
本工具可根據體積流量(以每分鐘加侖數 GPM 表示)與管路內徑(以英吋表示),計算圓形管道內的平均水流速度。速度以每秒英呎(ft/s)為單位輸出——這正是水管、灌溉與 HVAC(暖通空調)系統在管徑選型時慣用的單位。請注意,GPM、英吋與 ft/s 皆為美制單位,在以公制為主的地區(如台灣多採用 L/min、公釐與 m/s),使用時需留意單位差異。
使用方式
輸入以 GPM 表示的流量,以及管路的內徑(英吋,請使用內徑而非標稱尺寸),即可讀出對應的水流速度。務必使用實際內徑,因為管壁厚度會縮小實際的過流截面積。常見的設計原則是將流速控制在約 5~8 ft/s 以下,以降低噪音、管壁沖蝕與水錘現象。
公式解析
此關係源自 \(v = Q / A\)。圓形截面的過流面積為 \(A = \pi D^2 / 4\)。將 GPM 換算為每秒立方英呎、英吋換算為英呎後,各項常數合併為單一係數:
$$V = 0.4085 \times \frac{\text{GPM}}{D^{2}}$$,其中 \(D\) 為以英吋計的管內徑。由於截面積與直徑的平方成正比,在相同流量下,管徑加倍時流速會降為四分之一。
實例演算
假設你以 10 GPM 的流量通過內徑 1 英吋的管路,則 $$v = 0.4085 \times \frac{10}{1^{2}} = 4.085 \ \text{ft/s}$$ 若管徑改為 2 英吋,則 $$v = 0.4085 \times \frac{10}{4} = 1.02 \ \text{ft/s}$$
常見問題
應該用標稱管徑還是實際管徑?請使用實際內徑。標稱管徑(例如「1 英吋」)往往與真實孔徑有出入,實際數值會因材質與管厚等級(schedule)而異。
流速多高算太快?許多規範建議冷水流速控制在 5~8 ft/s 以下,熱水則應更低,以減少沖蝕與噪音。
這有計入摩擦損失嗎?沒有。本工具僅計算流速;摩擦(水頭)損失需另外使用 Hazen-Williams 或 Darcy-Weisbach 公式計算。