- Nesteet ja niiden mielenkiintoiset ominaisuudet
- Paineen laskeminen
- Kuinka laskea painegradientti?
- Tiheys muuntokerroin
- Viitteet
Painegradientti koostuu muunnelmia tai paine-erot tiettyyn suuntaan, joka voi tapahtua sisällä tai rajalla nesteen. Paine puolestaan on nesteen (nesteen tai kaasun) kohdistama voima pinta-alayksikköä seinämiin tai reunaan, joka sitä sisältää.
Esimerkiksi vedellä täytetyssä uima-altaassa on positiivisen paineen gradientti pystysuunnassa alaspäin, koska paine kasvaa syvyyden myötä. Jokainen syvyyden metri (tai senttimetri, jalka, tuuma) paine kasvaa lineaarisesti.
Öljynpoistossa painegradientti on erittäin tärkeä määrä. Lähde: pixabay.com
Kaikissa samalla tasolla sijaitsevissa kohdissa paine on kuitenkin sama. Siksi uima-altaassa painegradientti on nolla (nolla) vaakasuunnassa.
Öljyteollisuudessa painegradientti on erittäin tärkeä. Jos paine reiän pohjassa on korkeampi kuin pinnassa, öljy tulee ulos helposti. Muutoin paine-ero olisi luotava keinotekoisesti joko pumppaamalla tai injektoimalla höyryä.
Nesteet ja niiden mielenkiintoiset ominaisuudet
Neste on mikä tahansa materiaali, jonka molekyylirakenne sallii sen virtauksen. Sidokset, jotka pitävät nesteen molekyylejä yhdessä, eivät ole yhtä vahvat kuin kiinteiden aineiden tapauksessa. Tämän ansiosta he voivat vastustaa vähemmän vetovastuksia ja siten virrata.
Tämä olosuhde voidaan nähdä havaitsemalla, että kiinteät aineet säilyttävät kiinteän muodon, kun taas nesteet, kuten jo mainittiin, omaksuvat suuressa tai pienemmässä määrin niitä sisältävän säiliön.
Kaasuja ja nesteitä pidetään nesteinä, koska ne käyttäytyvät tällä tavalla. Kaasu paisuu kokonaan säiliön tilavuuden täyttämiseksi.
Nesteet, toisaalta, eivät saavuta niin paljon, koska niillä on tietty tilavuus. Ero on siinä, että nesteitä voidaan pitää puristamattomina, kun taas kaasuja ei.
Paineen alaisena kaasu puristuu ja mukautuu helposti, ja se vie kaiken käytettävissä olevan tilavuuden. Kun paine kasvaa, sen tilavuus pienenee. Nesteen tapauksessa sen tiheys - massan ja tilavuuden osamäärän perusteella - pysyy vakiona laajalla paine- ja lämpötila-alueella.
Tämä viimeinen rajoitus on tärkeä, koska todellisuudessa melkein mikä tahansa aine voi käyttäytyä nesteenä tietyissä äärimmäisissä lämpötiloissa ja paineissa.
Maan sisätiloissa, joissa olosuhteita voidaan pitää äärimmäisinä, kivet, jotka ovat pinnallaan kiinteitä, sulavat magmaksi ja voivat virrata pintaan laavan muodossa.
Paineen laskeminen
Vesisäiliön tai muun nesteen aiheuttaman paineen löytämiseksi säiliön pohjalle pidetään nesteellä seuraavia ominaisuuksia:
- Sen tiheys on vakio
- Onko puristamaton
- Se on staattisen tasapainon olosuhteissa (lepo)
Nestepylväs näissä olosuhteissa kohdistaa voiman sitä sisältävän säiliön pohjalle. Tämä voima vastaa sen painoa W:
Tiheys mitataan yleensä kilometreinä / kuutiometri (kg / m 3) tai kiloa / gallona (ppg)
Hydrostaattinen paine P määritellään pintaan kohtisuoraan kohdistetun voiman ja sen alueen A välisenä suhteena:
Paine = Voima / alue
Korvaamalla nestepylvään tilavuus V = pohjan pinta-ala x pylvään korkeus = Az, paineyhtälöksi tulee:
Paine on skalaarimäärä, jonka yksiköt kansainvälisessä mittausjärjestelmässä ovat newtonia / metri 2 tai Pascals (Pa). Ison-Britannian järjestelmän yksiköitä käytetään laajalti, etenkin öljyteollisuudessa: kiloa neliötuumaa kohti (psi).
Yllä oleva yhtälö osoittaa, että tiheämmät nesteet aiheuttavat suurempaa painetta. Ja mitä paine on sitä suurempi, mitä pienempi pinta sillä on.
Korvaamalla nestepylvään tilavuus V = pohjan pinta-ala x pylvään korkeus = Az, paineyhtälö yksinkertaistuu:
Yllä oleva yhtälö osoittaa, että tiheämmät nesteet aiheuttavat suurempaa painetta. Ja mitä paine on sitä suurempi, mitä pienempi pinta sillä on.
Kuinka laskea painegradientti?
Yhtälö P = ρgz osoittaa, että nestepylvään paine P kasvaa lineaarisesti syvyyden z kanssa. Siksi paineen muutos ΔP liittyy syvyyden muutokseen Δz seuraavalla tavalla:
Tiheys muuntokerroin
Englannin järjestelmän yksiköitä käytetään laajalti öljyteollisuudessa. Tässä järjestelmässä painegradientin yksiköt ovat psi / ft tai psi / ft. Muita sopivia yksiköitä ovat baari / mittari. Punta per gallona tai ppg käytetään laajasti tiheyteen.
Minkä tahansa nesteen tiheys ja ominaispainoarvot on määritetty kokeellisesti lämpötilan ja paineen eri olosuhteille. Ne ovat saatavana arvotaulukoina
Painegradientin numeerisen arvon löytämiseksi eri yksikköjärjestelmien välillä on käytettävä muuntokertoimia, jotka johtavat tiheydestä suoraan kaltevuuteen.
Muuntamiskerrointa 0,052 käytetään öljyteollisuudessa siirtymään tiheydestä ppg painegradienttiin psi / ft. Tällä tavalla painegradientti lasketaan seuraavasti:
Viitteet
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Fysiikka tiedettä ja tekniikkaa varten. Nide 2. Meksiko. Cengagen oppimiseditoijat. 367-372.
- Well Control School -käsikirja. Luku 01 Paineen periaatteet.