- Folyadékok és érdekes tulajdonságaik
- A nyomás kiszámítása
- Hogyan lehet kiszámítani a nyomásgradienst?
- Sűrűség-konverziós tényező
- Irodalom
A nyomásgradiens egy adott irányú nyomásváltozásokból vagy különbségekből áll, amelyek a folyadék belsejében vagy annak határán fordulhatnak elő. A nyomás viszont a területre eső erő, amelyet egy folyadék (folyadék vagy gáz) gyakorol a falra vagy a szélére, amely azt tartalmazza.
Például egy vízzel töltött medencében pozitív nyomásgradiens függőleges irányban lefelé mutat, mert a nyomás a mélységgel növekszik. A mélység minden méterére (vagy centiméterre, láb, hüvelyk) a nyomás lineárisan növekszik.
Az olajkivonásnál a nyomásgradiens nagyon fontos mennyiség. Forrás: pixabay.com
Azonban az azonos szintű pontokon minden nyomás azonos. Ezért egy medencében a nyomásgradiens vízszintes irányban nulla (nulla).
Az olajiparban a nyomásgradiens nagyon fontos. Ha a nyomás a lyuk alján magasabb, mint a felületén, akkor az olaj könnyen kijön. Ellenkező esetben a nyomáskülönbséget mesterségesen kell létrehozni, akár gőzszivattyúzással, akár befecskendezéssel.
Folyadékok és érdekes tulajdonságaik
A folyadék bármilyen anyag, amelynek molekuláris szerkezete lehetővé teszi az áramlást. A kötések, amelyek a folyadék molekuláit együtt tartják, nem olyan erősek, mint a szilárd anyagok esetében. Ez lehetővé teszi számukra, hogy ellenálljanak a kevésbé a vonóerőnek és ezáltal az áramlásnak.
Ez a körülmény megfigyelhető, amikor megfigyeljük, hogy a szilárd anyagok rögzített formát mutatnak, míg a folyadékok - amint már említettük - nagyobb vagy kisebb mértékben elfogadják az őket tartalmazó tartályt.
A gázokat és folyadékokat folyadéknak kell tekinteni, mert így viselkednek. A gáz teljesen kitágul, hogy kitöltse a tartály térfogatát.
A folyadékok viszont nem érik el ennyit, mivel bizonyos mennyiségűek. A különbség az, hogy a folyadékok összenyomhatatlannak tekinthetők, míg a gázok nem.
Nyomás alatt egy gáz könnyen összenyomódik és alkalmazkodik, és elfoglalja az összes rendelkezésre álló térfogatot. Ha a nyomás növekszik, térfogata csökken. Egy folyadék esetében sűrűsége - a tömeg és a térfogat hányadosa által megadva - széles nyomás- és hőmérsékleti tartományban állandó marad.
Ez az utolsó korlátozás fontos, mivel a valóságban szinte bármilyen anyag viselkedik folyadékként bizonyos szélsőséges hőmérsékleti és nyomásviszonyok között.
A föld belsejében, ahol a körülményeket extrémnek lehet tekinteni, a felszínen szilárd kőzetek megolvadnak magmává, és láva formájában áramolhatnak a felszínre.
A nyomás kiszámítása
A tartály padlóján lévő vízoszlop vagy más folyadék által kifejtett nyomás megállapításához a folyadéknak a következő tulajdonságokkal kell rendelkeznie:
- Sűrűsége állandó
- Összenyomhatatlan
- Statikus egyensúly körülmények között van (nyugalom)
Ilyen körülmények között egy folyadékoszlop erőt gyakorol az azt tartalmazó tartály aljára. Ez az erő egyenértékű W súlyával:
A sűrűséget általában kilogrammban / köbméterben (kg / m 3) vagy font / gallonban (ppg) mérik
A P hidrosztatikus nyomást a felületre merőlegesen kifejtett erő és az A területe közötti hányadosnak kell meghatározni:
Nyomás = erő / terület
A folyadékoszlop térfogatának helyettesítésével V = az alap területe x az oszlop magassága = Az, a nyomás egyenlete így alakul:
A nyomás egy skaláris mennyiség, amelynek egységei a nemzetközi mérési rendszerben Newton / méter 2 vagy Pascals (Pa). A brit rendszer egységeit széles körben használják, különösen az olajiparban: font / négyzet hüvelyk (psi).
A fenti egyenlet azt mutatja, hogy a sűrűbb folyadékok nagyobb nyomást gyakorolnak. És hogy a nyomás annál nagyobb, annál kisebb a felület, amelyre gyakorolják.
A folyadékoszlop térfogatának helyettesítésével V = az alap területe x az oszlop magassága = Az, a nyomás egyenlete egyszerűsödik:
A fenti egyenlet azt mutatja, hogy a sűrűbb folyadékok nagyobb nyomást gyakorolnak. És hogy a nyomás annál nagyobb, annál kisebb a felület, amelyre gyakorolják.
Hogyan lehet kiszámítani a nyomásgradienst?
A P = ρgz egyenlet azt jelzi, hogy a folyadékoszlop P nyomása lineárisan növekszik a z mélységgel. Ezért a nyomás ΔP változása az alábbiak szerint kapcsolódik az Δz mélységváltozáshoz:
Sűrűség-konverziós tényező
Az angol rendszer egységeit széles körben használják az olajiparban. Ebben a rendszerben a nyomásgradiens egységei psi / ft vagy psi / ft. További kényelmes egységek a bar / méter. A font / gallon vagy ppg értéket széles körben használják a sűrűség meghatározására.
Bármely folyadék sűrűségét és fajsúlyát különféle hőmérsékleti és nyomási körülmények között kísérletileg meghatároztuk. Értéktáblákban állnak rendelkezésre
A különböző egységrendszerek közötti nyomásgradiens numerikus értékének meghatározásához olyan konverziós tényezőket kell használni, amelyek a sűrűségtől közvetlenül a gradiensig vezetnek.
A 0,052 konverziós tényezőt az olajiparban használják a ppg-es sűrűségről a psi / ft nyomásgradiensre való áttéréshez. Ilyen módon a nyomásgradienst így számítják ki:
Irodalom
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizika a tudomány és a technika számára. 2. kötet Mexikó. Cengage Learning szerkesztők. 367-372.
- Well Control School kézikönyv. 01. fejezet A nyomás alapelvei.