- Chất lỏng và các đặc tính thú vị của chúng
- Tính toán áp suất
- Làm thế nào để tính toán gradient áp suất?
- Hệ số chuyển đổi mật độ
- Người giới thiệu
Các gradient áp suất bao gồm các biến thể hoặc sự khác biệt trong áp theo một hướng nhất định, có thể xảy ra bên trong hoặc ở biên giới của một chất lỏng. Đổi lại, áp suất là lực trên một đơn vị diện tích do chất lưu (chất lỏng hoặc khí) tác dụng lên thành hoặc đường viền chứa nó.
Ví dụ, trong một bể chứa đầy nước, có một gradient áp suất dương theo hướng thẳng đứng đi xuống, vì áp suất tăng theo độ sâu. Mỗi mét (hoặc cm, foot, inch) độ sâu, áp suất tăng lên một cách tuyến tính.
Trong quá trình khai thác dầu, gradien áp suất là một đại lượng rất quan trọng. Nguồn: pixabay.com
Tuy nhiên, tại tất cả các điểm nằm ở cùng một mức, áp suất là như nhau. Do đó, trong bể bơi, gradient áp suất là null (không) theo phương ngang.
Trong công nghiệp dầu mỏ, gradient áp suất rất quan trọng. Nếu áp suất ở đáy lỗ cao hơn ở bề mặt thì dầu sẽ thoát ra dễ dàng. Nếu không, sự chênh lệch áp suất sẽ phải được tạo ra một cách nhân tạo, bằng cách bơm hoặc bơm hơi.
Chất lỏng và các đặc tính thú vị của chúng
Chất lỏng là bất kỳ vật chất nào có cấu trúc phân tử cho phép nó chảy. Liên kết giữ các phân tử của chất lỏng với nhau không bền như trong trường hợp chất rắn. Điều này cho phép chúng chống lại lực kéo ít hơn và do đó dòng chảy.
Trường hợp này có thể được thấy bằng cách quan sát rằng chất rắn duy trì hình dạng cố định, trong khi chất lỏng, như đã đề cập, chấp nhận ở một mức độ lớn hơn hoặc thấp hơn của vật chứa chứa chúng.
Chất khí và chất lỏng được coi là chất lỏng vì chúng hoạt động theo cách này. Một chất khí nở ra hết thể tích bình chứa.
Mặt khác, chất lỏng không đạt được nhiều như vậy, vì chúng có một thể tích nhất định. Sự khác biệt là chất lỏng có thể được coi là không thể nén được, trong khi chất khí không thể.
Dưới áp suất, khí nén và thích ứng dễ dàng, chiếm tất cả thể tích có sẵn. Khi áp suất tăng, thể tích của nó giảm. Trong trường hợp chất lỏng, khối lượng riêng của nó - được cho bằng thương số giữa khối lượng và thể tích của nó - không đổi trong một phạm vi áp suất và nhiệt độ.
Hạn chế cuối cùng này rất quan trọng vì trong thực tế, hầu như bất kỳ chất nào cũng có thể hoạt động giống như chất lỏng trong những điều kiện nhiệt độ và áp suất cực cao.
Ở bên trong trái đất, nơi điều kiện có thể được coi là khắc nghiệt, đá có thể rắn trên bề mặt, tan chảy thành magma và có thể chảy lên bề mặt, dưới dạng dung nham.
Tính toán áp suất
Để tìm áp suất do một cột nước hoặc bất kỳ chất lỏng nào khác tác dụng lên sàn của thùng chứa, chất lỏng sẽ được coi là có các đặc điểm sau:
- Mật độ của nó không đổi
- Không thể nén được
- Nó ở trong điều kiện cân bằng tĩnh (nghỉ ngơi)
Một cột chất lỏng trong những điều kiện này tác dụng một lực lên đáy của vật chứa chứa nó. Lực này tương đương với trọng lượng W của nó:
Mật độ thường được đo bằng kilogam / mét khối (kg / m 3 ) hoặc pound trên gallon (ppg)
Áp suất thủy tĩnh P được định nghĩa là thương số giữa lực tác dụng vuông góc lên một bề mặt và diện tích A của nó:
Áp suất = Lực lượng / Diện tích
Bằng cách thay thể tích của cột chất lỏng V = diện tích của đáy x chiều cao của cột = Az, phương trình áp suất trở thành:
Áp suất là một đại lượng vô hướng, có đơn vị trong hệ thống đo lường quốc tế là Newton / mét 2 hoặc Pascals (Pa). Các đơn vị trong hệ thống của Anh được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong ngành công nghiệp dầu mỏ: pound trên inch vuông (psi).
Phương trình trên cho thấy rằng chất lỏng đặc hơn sẽ tạo ra áp suất lớn hơn. Và rằng áp suất càng lớn thì bề mặt tác dụng của nó càng nhỏ.
Bằng cách thay thể tích của cột chất lỏng V = diện tích của đáy x chiều cao của cột = Az, phương trình áp suất được đơn giản hóa:
Phương trình trên cho thấy rằng chất lỏng đặc hơn sẽ tạo ra áp suất lớn hơn. Và rằng áp suất càng lớn thì bề mặt tác dụng của nó càng nhỏ.
Làm thế nào để tính toán gradient áp suất?
Phương trình P = ρgz chỉ ra rằng áp suất P của cột chất lỏng tăng tuyến tính với độ sâu z. Do đó, sự thay đổi ΔP của áp suất sẽ liên quan đến sự thay đổi của độ sâu Δz theo cách sau:
Hệ số chuyển đổi mật độ
Các đơn vị của hệ thống tiếng Anh được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp dầu mỏ. Trong hệ thống này, đơn vị của gradient áp suất là psi / ft hoặc psi / ft. Các đơn vị tiện lợi khác là thanh / mét. Pound trên gallon hoặc ppg được sử dụng rộng rãi cho mật độ.
Giá trị tỷ trọng và trọng lượng riêng của bất kỳ chất lỏng nào đã được xác định bằng thực nghiệm đối với các điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhau. Chúng có sẵn trong các bảng giá trị
Để tìm giá trị số của gradien áp suất giữa các hệ đơn vị khác nhau, người ta phải sử dụng các hệ số chuyển đổi dẫn trực tiếp từ tỷ trọng sang gradien.
Hệ số chuyển đổi 0,052 được sử dụng trong ngành công nghiệp dầu mỏ để đi từ tỷ trọng tính bằng ppg sang gradient áp suất tính bằng psi / ft. Theo cách này, gradient áp suất được tính như sau:
Người giới thiệu
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Vật lý cho Khoa học và Kỹ thuật. Âm lượng mức 2. Mexico. Các biên tập viên của Cengage Learning. 367-372.
- Sổ tay hướng dẫn trường kiểm soát tốt. Chương 01 Nguyên lý của áp suất.