Gradient ciśnienia, z którego się składa i jak jest obliczany

On Gradient ciśnienia Składa się z różnic lub różnic ciśnienie W danym kierunku, który może wystąpić wewnątrz lub na granicy płynu. Z kolei ciśnienie jest siłą na jednostkę powierzchni, która wywiera płyn (ciecz lub gaz) na ścianach lub obramowaniu, która go zawiera.

Na przykład w basenie pełnej wody jest Gradient ciśnienia dodatnie w kierunku pionowym w dół, ponieważ ciśnienie wzrasta wraz z głębokością. Każdy miernik (lub centymetr, stopa, cal), ciśnienie rośnie liniowo.

W ekstrakcji oleju gradient ciśnienia jest bardzo ważną ilością. Źródło: Pixabay.com

Jednak we wszystkich punktach znajdujących się na tym samym poziomie, ciśnienie jest takie samo. Dlatego w puli Gradient ciśnienia jest null (zero) w kierunku poziomym.

W przemyśle naftowym gradient ciśnienia jest bardzo ważny. Jeśli ciśnienie na dole wiercenia jest większe niż na powierzchni, olej z łatwością wyjdzie. W przeciwnym razie należy go stworzyć sztucznie różnicę ciśnienia, albo przez pompowanie lub wtrysk pary.

[TOC]

Płyny i ich interesujące właściwości

Płyn to każdy materiał, którego struktura molekularna pozwala płynąć. Połączenia, które utrzymują spójne z cząsteczkami płynów, nie są tak silne, jak w przypadku ciał stałych. To pozwala im przeciwstawić się mniej odporności trakcja i dlatego przepływ.

Tę okoliczności można zauważyć, że stałe utrzymują stały kształt, podczas gdy płyny, jak już powiedziano, przyjmują w większym lub mniejszym stopniu, który zawiera je pojemnik.

Gazy i ciecze są uważane za płyn, ponieważ zachowują się w ten sposób. Gaz rozszerza się całkowicie, aż objętość pojemnika.

Płyny ze swojej strony, nie osiągaj tyle, ponieważ mają one określoną objętość. Różnica polega na tym, że można rozważyć płyny Nieściśliwy, Podczas gdy gazy nie.

Może ci służyć: ío (satelita)

Pod ciśnieniem gaz jest ściśnięty i dostosowuje się łatwo zajmuje całą dostępną objętość. Gdy ciśnienie wzrasta, jego objętość maleje. W przypadku płynu jego gęstość -Podany przez iloraz między masą a objętością, pozostaje stały w szerokim zakresie ciśnienia i temperatury.

Ten ostatni wymiar jest ważny, ponieważ w rzeczywistości prawie każda substancja może zachowywać się jak płyn w pewnych ekstremalnych warunkach temperatury i ciśnienia.

Wewnątrz ziemi, gdzie warunki można uznać za ekstremalne, skały, które byłyby solidne na powierzchni, łączą się w magma I mogą płynąć na powierzchnię, w postaci lawy.

Obliczanie ciśnienia 

Aby znaleźć ciśnienie wywierane przez kolumnę wody lub jakikolwiek inny płyn, na podłodze pojemnika, płyn będzie uważany za następujące cechy:

• Jego gęstość jest stała
• Jest niezachwiany
• Jest w statycznych warunkach równowagi (odpoczynek)

Płynna kolumna w tych warunkach wywiera siła na dole zawierającego go pojemnika. Ta siła jest równoważna jej wagi W:

W = mg

Teraz gęstość płynu, która jak wyjaśniono powyżej, jest ilorazem między jej masą M i jego objętość V, Jest:

ρ = m/v

Gęstość jest zwykle mierzona w kilogramach/metrach sześciennych (kg/m³lub funty na galon (PPG)

Zastępując ekspresję gęstości w równaniu masy, jest on przekształcany w:

W = ρvg

Ciśnienie hydrostatyczne P Jest zdefiniowany jako iloraz między siłą wywieraną prostopadle na powierzchni i na jej obszarze:

Ciśnienie = siła/obszar

Zastępując objętość kolumny płynu V = powierzchnia zasady x Wysokość kolumny = a.z, pozostaje równanie ciśnienia:

Ciśnienie jest wielkością skalarną, której jednostkami w międzynarodowym systemie pomiarowym są Newton/Metro² o Pascal (PA). Brytyjskie jednostki systemowe są często używane, szczególnie w przemyśle naftowym: funty na cal kwadratowy (PSI).

Może ci służyć: Model atomowy Dirac Jordan: Charakterystyka i postulaty

Poprzednie równanie pokazuje, że gęstsze płyny będą wywierać większe ciśnienie. I że ciśnienie jest większe, im mniejsza powierzchnia, na którą jest wywierana.

Zastępując objętość kolumny płynu V = powierzchnia zasady x Wysokość kolumny = a.z, równanie ciśnienia jest uproszczone:

Ciśnienie jest wielkością skalarną, której jednostkami w międzynarodowym systemie pomiarowym są Newton/Metro² o Pascal (PA). Brytyjskie jednostki systemowe są często używane, szczególnie w przemyśle naftowym: funty na cal kwadratowy (PSI).

Poprzednie równanie pokazuje, że gęstsze płyny będą wywierać większe ciśnienie. I że ciśnienie jest większe, im mniejsza powierzchnia, na którą jest wywierana.

Jak obliczyć gradient ciśnienia?

Równanie P = ρGZ wskazuje, że ciśnienie P kolumny płynu wzrasta liniowo wraz z głębokością z. Dlatego zmienność ΔP ciśnienia będzie to związane ze zmiennością głębokości ΔZ następująco:

Δp = ρgΔZ

Definiowanie nowej ilości zwanej masy specyficznej płynu γ, podanego przez:

γ = ρg

Specyficzna waga jest dostępna w jednostkach Newton/Volume lub N/M³. Z tym pozostaje równanie zmiany ciśnienia:

Δp = γ ΔZ

Który jest przepisany jako:

To jest gradient ciśnienia. Teraz widzimy, że w warunkach statycznych gradient ciśnienia płynu jest stały i jest równoważny jej masy specyficznej.

Jednostki gradientu ciśnienia są takie same jak w przypadku określonej wagi, ale można je przepisać jako Pascal/Metro w systemie międzynarodowym. Teraz możliwe jest wizualizacja interpretacji gradientu jako zmiany ciśnienia na jednostkę długości, zgodnie z definicją na początku.

Może ci służyć: powierzchowne fale: cechy, typy i przykłady

Specyficzna waga wody w temperaturze 20 ° C wynosi 9.8 kilopascal/m lub 9800 PA/M. Oznacza to, że:

„Dla każdego miernika, który jest opuszczony w kolumnie wodnej, ciśnienie wzrasta o 9800 PA”

Współczynnik konwersji gęstości

Angielskie jednostki systemowe są szeroko stosowane w przemyśle naftowym. W tym systemie jednostki gradientu ciśnienia to PSI/Pie lub PSI/ft. Inne wygodne jednostki to bar/metra. Do gęstości funt jest szeroko stosowany przez galon lub ppg.

Wartości gęstości i masy specyficznej dowolnego płynu określono eksperymentalnie dla różnych warunków temperatury i ciśnienia. Są dostępne w tabelach magazynowych

Aby znaleźć wartość liczbową gradientu ciśnienia między systemami różnych jednostek, musisz użyć współczynników konwersji, które prowadzą do gęstości, bezpośrednio do gradientu.

Współczynnik konwersji 0,052 to ten zastosowany w przemyśle naftowym do przejścia od gęstości w PPG do gradientu ciśnienia w psi/ft. W ten sposób gradient ciśnienia jest obliczany w następujący sposób:

GP = współczynnik konwersji x gęstość = 0.052 x gęstość_Ppg

 Na przykład w przypadku świeżej wody gradient ciśnienia wynosi 0.433 psi/ft. Wartość 0.052 jest wydedukowane przy użyciu sześcianu, którego boczne mierzy 1 stóp. Aby wypełnić to wiadro, potrzebne jest 7,48 galonów niektórych płynów.

Jeśli gęstość tego płynu jest 1 ppg, Całkowita masa kostki wyniesie 7,48 funta, a jej masa będzie wynosić 7,48 funta/stóp³.

Teraz w 1 stóp² Istnieje 144 cale kwadratowe, więc w 1 stóp³ Na długości będzie 144 cale kwadratowe na stopę. Dzielenie 7,48 / 144 = 0,051944, czyli około 0.052.

Na przykład, jeśli masz płyn, którego gęstość wynosi 13.3 ppg, twój gradient ciśnienia będzie: 13.3 x 0.052 psi/ft = 0.6916 psi/ft.

Bibliografia

1. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fizyka nauk i inżynierii. Głośność 2. Meksyk. Redaktorzy edukacyjni Cengage. 367-372.
2. Ręczne sterowanie miską AC Control. Rozdział 01 Zasady ciśnienia.