- Šķidrumi un to interesantas īpašības
- Spiediena aprēķins
- Kā aprēķināt spiediena gradientu?
- Blīvuma pārrēķina koeficients
- Atsauces
Spiediens gradients sastāv no minētajiem variantiem vai atšķirības spiedienu noteiktā virzienā, kas var parādīties iekšpusē vai robežas šķidrums. Savukārt spiediens ir spēks uz laukuma vienību, ko šķidrums (šķidrums vai gāze) iedarbojas uz sienām vai apmali, kas to satur.
Piemēram, baseinā, kas piepildīts ar ūdeni, ir pozitīva spiediena gradients vertikālā virzienā uz leju, jo spiediens palielinās līdz ar dziļumu. Katrā dziļuma metram (vai centimetram, pēdai, collai) spiediens aug lineāri.
Eļļas ieguvē spiediena gradients ir ļoti svarīgs daudzums. Avots: pixabay.com
Tomēr visos punktos, kas atrodas vienā līmenī, spiediens ir vienāds. Tāpēc peldbaseinā spiediena gradients horizontālā virzienā ir nulle (nulle).
Naftas rūpniecībā spiediena gradients ir ļoti svarīgs. Ja spiediens cauruma apakšā ir lielāks nekā virspusē, tad eļļa viegli izplūdīs. Pretējā gadījumā spiediena starpība būtu jārada mākslīgi, sūknējot vai ievadot tvaiku.
Šķidrumi un to interesantas īpašības
Šķidrums ir jebkurš materiāls, kura molekulārā struktūra ļauj tam plūst. Saites, kas kopā satur šķidruma molekulas, nav tik stipras kā cietvielu gadījumā. Tas viņiem ļauj pretoties mazākai vilkšanas pretestībai un tāpēc plūst.
Šo apstākli var novērot, novērojot, ka cietās vielas saglabā nemainīgu formu, bet šķidrumi, kā jau minēts, lielākā vai mazākā mērā pieņem tvertni, kas tos satur.
Gāzes un šķidrumus uzskata par šķidrumiem, jo tie rīkojas šādā veidā. Gāze pilnībā izplešas, lai piepildītu tvertnes tilpumu.
Turpretī šķidrumi nesasniedz tik daudz, jo tiem ir noteikts tilpums. Atšķirība ir tā, ka šķidrumus var uzskatīt par nesaspiežamiem, bet gāzes nevar.
Zem spiediena gāze viegli saspiež un pielāgojas, aizņemot visu pieejamo tilpumu. Kad spiediens palielinās, tā tilpums samazinās. Šķidruma gadījumā blīvums, ko nosaka koeficients starp tā masu un tilpumu, paliek nemainīgs plašā spiediena un temperatūras diapazonā.
Šis pēdējais ierobežojums ir svarīgs, jo patiesībā gandrīz jebkura viela noteiktos ārkārtējas temperatūras un spiediena apstākļos var izturēties kā šķidrums.
Zemes iekšienē, kur apstākļus var uzskatīt par galējiem, klintis, kas virspusē būtu cieti, izkausētu magmā un lavas formā varētu plūst uz virsmu.
Spiediena aprēķins
Lai atrastu spiedienu, ko ūdens tvertnei vai jebkuram citam šķidrumam rada tvertnes grīda, šķidrumam būs šādas īpašības:
- Tā blīvums ir nemainīgs
- Ir nesaspiežams
- Tas ir statiskā līdzsvara (atpūtas) apstākļos
Šķidruma kolonna šādos apstākļos ietekmē spēku tvertnes apakšpusē, kurā tā atrodas. Šis spēks ir līdzvērtīgs tā svaram W:
Blīvumu parasti mēra kilogramos / kubikmetros (kg / m 3 ) vai mārciņās uz galonu (ppg)
Hidrostatisko spiedienu P definē kā koeficientu starp spēku, kas perpendikulāri pielikts virsmai, un tā laukumu A:
Spiediens = spēks / laukums
Aizstājot šķidruma kolonnas tilpumu V = pamatnes laukums x kolonnas augstums = Az, spiediena vienādojums kļūst:
Spiediens ir skalārs lielums, kura vienības starptautiskajā mērīšanas sistēmā ir ņūtons / metrs 2 vai Pascals (Pa). Lielbritānijas sistēmas vienības tiek plaši izmantotas, īpaši naftas rūpniecībā: mārciņas uz kvadrātcollu (psi).
Iepriekš minētais vienādojums parāda, ka blīvāki šķidrumi izdarīs lielāku spiedienu. Un ka spiediens ir lielāks, jo mazāka ir virsma, uz kuru tas tiek iedarbināts.
Aizstājot šķidruma kolonnas tilpumu V = pamatnes laukums x kolonnas augstums = Az, tiek vienkāršots spiediena vienādojums:
Iepriekš minētais vienādojums parāda, ka blīvāki šķidrumi izdarīs lielāku spiedienu. Un ka spiediens ir lielāks, jo mazāka ir virsma, uz kuru tas tiek iedarbināts.
Kā aprēķināt spiediena gradientu?
Vienādojums P = ρgz norāda, ka šķidruma kolonnas spiediens P palielinās lineāri ar dziļumu z. Tāpēc spiediena izmaiņas ΔP būs saistītas ar dziļuma Δz izmaiņām šādā veidā:
Blīvuma pārrēķina koeficients
Angļu sistēmas vienības tiek plaši izmantotas naftas rūpniecībā. Šajā sistēmā spiediena gradienta vienības ir psi / pēdas vai psi / pēdas. Citas ērtas vienības ir bārs / metrs. Mārciņa uz vienu galonu vai ppg tiek plaši izmantota blīvumam.
Jebkura šķidruma blīvums un īpatnējā smaguma vērtības ir eksperimentāli noteiktas dažādiem temperatūras un spiediena apstākļiem. Tie ir pieejami vērtību tabulās
Lai atrastu spiediena gradienta skaitlisko vērtību starp dažādām vienību sistēmām, jāizmanto konversijas koeficienti, kas no blīvuma tieši ved uz gradientu.
Naftas rūpniecībā izmanto konversijas koeficientu 0,052, lai pārietu no blīvuma ppg uz spiediena gradientu psi / pēdas. Tādā veidā spiediena gradientu aprēķina šādi:
Atsauces
- Servejs, R., Jewett, J. (2008). Fizika zinātnei un inženierijai. 2. sējums. Meksika. Cengage mācību redaktori. 367-372.
- Aku kontroles skolas rokasgrāmata. 01. nodaļa Spiediena principi.