管道局部損失係數

概述

管路系統中的局部（動態）壓力損失來自管件、閥門、彎管、入口與出口。每個元件以損失係數 $\xi$（亦寫作 $K$）表示，並乘以動壓：

$\Delta p_{\text{minor}} = \xi \cdot \frac{\rho \, v^2}{2}$

當一段管路中有多個管件時，各管件的 $\xi$ 值可線性相加，得到總局部損失。在短管路或管件眾多的系統中，局部損失相對於摩擦損失會變得十分顯著。

關鍵公式

流經元件的壓力損失：

$\Delta p = \xi \cdot \frac{\rho \, v^2}{2}$

等效水頭損失：

$h_{\text{loss}} = \frac{\Delta p}{\rho \, g}$

一系列管件的總局部損失：

$\Delta p_{\text{total}} = \left(\sum_i \xi_i\right) \cdot \frac{\rho \, v^2}{2}$

變數

參考資料

下方已還原完整的來源係數表，包含全部 27 個管件資料列。可將表中任一係數代入本頁計算器。

範例 — 球閥壓力損失

對關閉三分之一的球閥，還原的來源表所列局部損失係數約為 5.5。當密度為 1000 kg/m3 的水以 2 m/s 流動時：

$\Delta p = 5.5 \frac{1000 \cdot 2^2}{2} = 11000 \text{ Pa} \approx 11 \text{ kPa}$

等效水頭損失為：

$h = \frac{11000}{1000 \cdot 9.81} \approx 1.12 \text{ m H2O}$

單位換算器

還原的原始來源表

以下表格由原始來源頁面還原，以保留完整參考資料。來源係數表共有 28 個非空白 HTML 列：1 個表頭列及 27 個管件資料列。下方資料表將全部 27 個管件列保留為資料列，並以欄位中繼資料保留表頭標籤。

管路與管道系統管件 - 局部（動態）損失係數

工程要點

• 損失係數以完全發展紊流為假設。在 Reynolds 數很低時，實際損失可能不同。
• 數值具有方向相依性；三通支管流的係數明顯高於直通流。
• 閥門損失係數會隨開啟位置大幅變化。關閉 1/3 的球閥具有 $\xi \approx 5.5$，遠高於全開時的數值。
• 將局部損失與管路摩擦（Darcy–Weisbach）合併時，兩者應一律表示為當量長度，或一律表示為相同流速下的壓降。
• 法蘭管件通常比對應的螺紋管件損失低，因其內孔較平順、突變較少。
• 對突然擴大與突然縮小而言，損失係數取決於面積比 $A_1/A_2$；上述數值（銳邊入口的 $\xi \approx 0.5$）是常見的特殊情況之一。
• 當管件間距足以讓流場在其間恢復（通常為 $>10$ 倍管徑）時，各局部損失可相加。

參考資料

• Engineering ToolBox — 管路與管道的局部損失係數