Durchfluss und Geschwindigkeit
Der Durchfluss Q ist das Volumen pro Sekunde; die Geschwindigkeit v ist, wie schnell sich das Fluid bewegt. Verbunden sind sie über die Querschnittsfläche A des Rohrs:
Q = A × v, mit A = π × d² ÷ 4 für ein Rohr mit Innendurchmesser d.
30 L/min (0,0005 m³/s) in einem 25-mm-Rohr: A = π × 0,025² ÷ 4 = 0,000491 m², also v = 0,0005 ÷ 0,000491 = 1,02 m/s. Halbiert man den Durchmesser, vervierfacht sich die Geschwindigkeit.
Laminar oder turbulent
Die Reynolds-Zahl Re = ρ × v × d ÷ µ entscheidet. Unter etwa 2.300 ist die Strömung laminar und glatt, über etwa 4.000 turbulent, dazwischen im Übergang. Wasser (ρ = 1.000 kg/m³, µ = 1 mPa·s) mit 1,02 m/s in 25 mm: Re = 1.000 × 1,02 × 0,025 ÷ 0,001 = 25.500, voll turbulent, wie fast jede Wasserströmung in der Praxis.
Druckverlust
Reibung an der Wand kostet entlang des Rohrs Druck. Die Darcy-Weisbach-Gleichung liefert den Verlust:
Δp = f × (L ÷ d) × ρ × v² ÷ 2
f ist der Reibungsbeiwert: 64 ÷ Re bei laminarer Strömung und bei turbulenter ein Wert aus der Colebrook-Gleichung, der von Re und der Wandrauheit abhängt (0,0015 mm für PVC und Kupfer, 0,045 mm für Stahl, 0,26 mm für Gusseisen). Für das Beispiel oben in 20 m PVC ist f ≈ 0,025 und Δp = 0,025 × (20 ÷ 0,025) × 1.000 × 1,02² ÷ 2 ≈ 10.400 Pa, etwa 0,1 bar oder 1,06 m Wassersäule. Bögen, Ventile und Formstücke kommen hinzu, meist als äquivalente Rohrlänge gerechnet.
Die Rohrgröße wählen
Wasserleitungen werden meist für 1 bis 2 m/s ausgelegt: Langsamere Rohre kosten mehr, schnellere sind laut, erodieren Formstücke und verlieren zu viel Druck. Saugleitungen hält man unter 1 m/s, um Kavitation zu vermeiden. Der Druckverlust wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit, eine Rohrgröße mehr senkt den Verlust daher oft um zwei Drittel.
Rechner
Der Rohrströmungsrechner liefert Geschwindigkeit, Reynolds-Zahl, Reibungsbeiwert und Druckverlust aus Durchfluss, Durchmesser, Länge und Rohrmaterial. Der Reynolds-Zahl-Rechner bestimmt nur die Strömungsform, für jedes Fluid.