Le facteur de frottement de Fanning est un élément du calcul de la perte de charge due au frottement dans un tuyau. Elle est fonction de la rugosité du tuyau et du niveau de turbulence au sein de l’écoulement du liquide. Ces facteurs peuvent être déterminés expérimentalement mais sont le plus souvent tirés de tableaux et de diagrammes. Les nombres sont sans dimension, ce qui signifie qu’ils n’ont pas d’unités de mesure.
La pression du liquide circulant dans un tuyau diminue en raison du frottement entre les parois intérieures du tuyau et le liquide en mouvement. Les pompes ou la gravité doivent fournir l’énergie nécessaire pour déplacer le liquide. Dans les tuyaux très longs, la perte de charge due aux pertes par frottement sera si élevée que le liquide ne s’écoulera pas du tout. Les pipelines, tels que l’oléoduc de l’Alaska, nécessitent des stations de pompage intermédiaires pour augmenter la pression.
Une compréhension de la perte de pression qui se produit lorsque les liquides se déplacent dans les tuyaux est essentielle dans toute application de tuyauterie. Il est essentiel pour les procédés chimiques qui utilisent des tuyaux comme réacteurs à écoulement tubulaire. Les tuyaux utilisés comme réacteurs produisent des conditions de réaction dans lesquelles la température et la pression sont facilement contrôlées. Le temps de séjour de la réaction et le degré d’achèvement de la réaction sont fonction de la longueur du tuyau.
Les réactions exothermiques dégagent de la chaleur au fur et à mesure qu’elles progressent. Pour maintenir des conditions isothermes, et un facteur de frottement Fanning constant, le tuyau devra être refroidi à contre-courant. Les réactions endothermiques, qui absorbent la chaleur, nécessiteront le traitement inverse. Si les conditions isothermes ne sont pas maintenues, les calculs utilisant le facteur de friction Fanning devront satisfaire le changement de viscosité et de friction qui se produit lorsque le liquide se réchauffe ou se refroidit.
Les nombres de Reynolds sont des mesures sans dimension du degré de turbulence dans le liquide. Dans un écoulement laminaire avec des nombres de Reynolds inférieurs à 2,000 3,000, le liquide se déplace avec un profil de vitesse en forme de balle et peu de mélanges. La vitesse maximale se produit au centre de la section transversale du tuyau et est le double du débit moyen du liquide. Un écoulement turbulent, avec un mélange complet, se produit à des nombres de Reynolds supérieurs à 2,000 3,000. Une mince zone tampon, avec des nombres de Reynolds compris entre XNUMX XNUMX et XNUMX XNUMX, se trouve entre les zones laminaire et turbulente.
Un facteur de friction Fanning peut être déterminé en mesurant les chutes de pression à travers une tuyauterie dont le diamètre est suffisamment grand pour être évolutif pour les opérations sur le terrain ou en usine. En règle générale, ces expériences sont effectuées si des conditions d’écoulement laminaire sont nécessaires. Plus communément, le facteur de friction de Fanning est lu à partir d’un graphique, car la plupart des réacteurs à écoulement piston fonctionnent à des nombres de Reynolds élevés.
La rugosité de la surface de l’intérieur du tuyau est déterminée par mesure. Le nombre de Reynolds est calculé à partir du diamètre du tuyau, de la viscosité du fluide et de la chute de pression. Des tracés du facteur de frottement de Fanning par rapport au nombre de Reynolds pour des tuyaux de rugosité variable sont disponibles dans les manuels d’ingénierie. Ces livres ont également des tableaux de la rugosité de surface de divers matériaux.