Identification of roughness coefficients based on recycled steel pipes using various mathematical models

openaccess, Vol. 626 (10) 2024 / piątek, 25 października, 2024

Identyfikacja współczynników chropowatości bezwzględnej na przykładzie rur stalowych z recyklingu z zastosowaniem różnych modeli matematycznych

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2024.10.10

citation/cytuj: Mańko R. Identification of roughness coefficients based on recycled steel pipes using various mathematical models. Materiały Budowlane. 2024. Volume 626. Issue 10. Pages 84-94. DOI: 10.15199/33.2024.10.10

This paper presents the results of a detailed comparative analysis of the inverse problem, focusing on the identification of surface roughness coefficients for steel pipes. Various formulas were utilized and discussed to calculate the linear resistance coefficient. Among these formulas, only about half could be transformed into an explicit form, enabling direct application in engineering practice. The results obtained fromthe calculations were then compared with the outcomes derived from the widely used and recommended Colebrook-White equation in technical literature. The analysis demonstrated that the obtained results show a high degree of agreement with those obtained using the Colebrook-White equation. For some research models, the difference was less than 0.1%, indicating very high accuracy and consistency with this standard computational tool.

W artykule przedstawiono wyniki szczegółowej analizy porównawczej problemu odwrotnego, koncentrując się na identyfikacji współczynników chropowatości powierzchni rur stalowych. W celu przeprowadzenia tej analizy wykorzystano i omówiono różne formuły obliczania wartości współczynnika oporów liniowych. Spośród tych formuł, większość mogła zostać przekształcona do postaci jawnej, co umożliwia bezpośrednie zastosowanie w praktyce inżynierskiej. Wyniki uzyskane z przeprowadzonych obliczeń zostały następnie porównane z rezultatami pochodzącymi z powszechnie stosowanego i rekomendowanego w literaturze technicznej równania Colebrooka-White’a. Analiza wykazała, że uzyskane wyniki charakteryzują się dużą zgodnością z wynikami otrzymywanymi przy użyciu równania Colebrooka-White’a. W przypadku niektórych modeli różnica była mniejsza niż 0,1%, co wskazuje na bardzo dużą zgodność z tym narzędziem obliczeniowym.
pipe roughness; darcy friction factor; flow; head loss.

chropowatość bezwzględna przewodu; współczynnik oporów liniowych; przepływ; straty ciśnienia.
  1. Mańko R. Wartości współczynników strat miejscowych w złączkach w systemie zaciskowym. Instal S. 2022. DOI: 10.36119/15.2022.4.2.
  2. Walden H, Sawicki W. Tablice i nomogramy do obliczania strat ciśnienia w przewodach wodociągowych. Arkady, Warszawa, 1968.
  3.  Troskolański AT. Hydromechanika techniczna. Tom II Hydraulika. Państwowe Wydawnictwa Techniczne. Warszawa, 1954.
  4.  Malesińska A. Czy wybór wzoru do obliczania λ ma znaczenie? Gaz, Woda, Technika Sanitarna. 2015. DOI: 10.15199/17.2015.1.8.
  5. Moody ML. An approximate formula for pipe friction factors. Trans. ASME. 1947 p. 1005. DOI.
  6.  OlivaresA, Guerra R,AlfaroM, Notte-Cuello E, Puentes L. Experimental evaluation of correlations used to calculate friction factor for turbulent flow in cylindrical pipes. Rev. int. métodos numér. cálc. diseño ing. 2019. DOI: 10.23967/j.rimni.2019.01.001.
  7.  Eck B. Technische Stromungslehre. Springer. New York, 1973.
  8. Churchill SW. Empirical expressions for the shear stressing turbulent flow in commercial pipe. AIChE Journal. 1973. DOI.
  9.  Jain AK. Accurate explicit equations for friction factor. Proc. ASCE, J. Hydraulics Div. 976. DOI.
  10.  Swamee PK, Jain AK. Explicit equations for pipe-flow problems. Journal of the Hydraulics Division, ASCE 102, HY5. 1976. DOI.
  11. Churchill SW. Friction factor equation spans all fluid-flow regimes. Chem Eng. 1977. DOI.
  12. Round GF. An explicit approximation for the friction-factor Reynolds number relation for rough and smooth pipes. Can. J. Chem. Eng. 1980. DOI.
  13.  Haaland SE. Simple and explicit formulas for the friction-factor in turbulent pipe flow. Trans. ASME, JFE. 1983. DOI.
  14.  Manadilli G. Replace implicit equations with signomial functions. Chem. Eng. 1989. DOI.
  15.  Rao AR, Kumar B. Friction factor for turbulent pipe flow. Division of Mechanical Science, Civil Engineering, Indian Institute of Science, Bangalore, India, 2007, Brak DOI.
  16.  Rao AR, Kumar B. Transition of turbulent pipe flow. J. Hydraul. Res. IAHR. 2009. DOI 10.1080/00221686.2009.9522029.
  17.  Swamee PK, Swamee N. Full-range pipe-flowequations. Journal of Hydraulic Research. 2007. DOI: 10.1080/00221686.2007.9521821.
  18.  Evangelides C, Papaevangelou G, Tzimopoulos CA. New Explicit Relation for the Friction Factor Coefficient in the Darcy – Weisbach Equation. PREC, New Jersey, 2010, Brak DOI .
  19.  Brkić D. Review of explicit approximations to the Colebrook relation for flow friction. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2011. DOI 10.1016/j.petrol.2011.02.006.
  20.  Fang X, Xu Y, Zhou Z. New correlations of single-phase friction factor for turbulent pipe flow and evaluation of existing single-phase friction factor correlations. Nuclear Engineering and Design. 2011. DOI 10.1016/j.nucengdes.2010.12.019.
  21.  Li P, Seem JE, Li Y. A new explicit equation for accurate friction factor calculation of smooth pipes. Int. J. Refrig. 2011; https://doi. org/10.1007/s40996-019-00343-2.
  22.  Mileikovskyi V, Tkachenko T. Precise Explicit Approximations of the Colebrook-White Equation for Engineering Systems. Proceedings of EcoComfort. 2020. DOI 10.1007/978-3-030-57340-9_37.
dr inż. Robert Mańko, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
ORCID: 0000-0001-5592-7709

dr inż. Robert Mańko, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
ORCID: 0000-0001-5592-7709

Correspondence address: robert.manko@zut.edu.pl

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2024.10.10

Article in PDF file

Received: 03.06.2024 / Artykuł wpłynął do redakcji: 03.06.2024 r.
Revised: 28.06.2024 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 28.06.2024 r.
Published: 22.10.2024 / Opublikowano: 22.10.2024 r.