Plik gradient ciśnienia składa się z odmian lub różnic Nacisk w określonym kierunku, co może wystąpić wewnątrz lub na granicy płynu. Z kolei ciśnienie to siła na jednostkę powierzchni, którą płyn (ciecz lub gaz) wywiera na ściany lub granicę, która go zawiera..
Na przykład w basenie wypełnionym wodą znajduje się plik gradient ciśnienia dodatni w kierunku pionowym w dół, ponieważ ciśnienie rośnie wraz z głębokością. Każdy metr (lub centymetr, stopa, cal) głębokości ciśnienie rośnie liniowo.
Jednak we wszystkich punktach znajdujących się na tym samym poziomie ciśnienie jest takie samo. Dlatego w basenie gradient ciśnienia jest zerowe (zero) w kierunku poziomym.
W przemyśle naftowym bardzo ważny jest gradient ciśnienia. Jeśli ciśnienie na dnie otworu jest wyższe niż na powierzchni, olej łatwo wypłynie. W przeciwnym razie różnica ciśnień musiałaby zostać wytworzona sztucznie, poprzez pompowanie lub wtryskiwanie pary..
Indeks artykułów
Płyn to każdy materiał, którego struktura molekularna pozwala na jego przepływ. Wiązania, które utrzymują razem cząsteczki płynu, nie są tak silne, jak w przypadku ciał stałych. Dzięki temu mogą oferować mniejszą odporność na trakcja i dlatego płyną.
Ta okoliczność jest oceniana przez obserwację, że ciała stałe zachowują stały kształt, podczas gdy płyny, jak już wspomniano, przyjmują w większym lub mniejszym stopniu ten z pojemnika, który je zawiera..
Gazy i ciecze są uważane za płyny, ponieważ zachowują się w ten sposób. Gaz rozszerza się całkowicie, wypełniając objętość pojemnika.
Z drugiej strony płyny nie osiągają tak dużo, ponieważ mają określoną objętość. Różnica polega na tym, że można brać pod uwagę płyny nieściśliwy, podczas gdy gazy nie.
Pod ciśnieniem gaz łatwo się kompresuje i dostosowuje, zajmując całą dostępną objętość. Wraz ze wzrostem ciśnienia jego objętość maleje. W przypadku cieczy jego gęstość -dana ilorazem masy i objętości - pozostaje stała w szerokim zakresie ciśnień i temperatur.
Ten ostatni wymiar jest ważny, ponieważ w rzeczywistości prawie każda substancja może zachowywać się jak płyn w określonych warunkach ekstremalnej temperatury i ciśnienia..
We wnętrzu ziemi, gdzie warunki można uznać za ekstremalne, skały, które byłyby stałe na powierzchni, wtapiają się w magma i może wypłynąć na powierzchnię w postaci lawy.
Aby znaleźć ciśnienie wywierane przez słup wody lub jakikolwiek inny płyn na dnie pojemnika, należy uznać, że płyn ma następującą charakterystykę:
Kolumna płynu w tych warunkach wywiera a siła na dnie pojemnika, który go zawiera. Siła ta jest równoważna jego wadze W:
W = mg
Teraz gęstość płynu, która, jak wyjaśniono powyżej, jest ilorazem jego masy m i jego objętość V, to jest:
ρ = m / V
Gęstość jest zwykle mierzona w kilogramach / metrach sześciennych (kg / m3) lub funty na galon (ppg)
Po podstawieniu wyrażenia na gęstość w równaniu wagi otrzymujemy:
W = ρVg
Ciśnienie hydrostatyczne P. Definiuje się go jako iloraz siły wywieranej prostopadle na powierzchnię do jej pola A:
Ciśnienie = siła / powierzchnia
Podstawiając objętość kolumny płynu V = powierzchnia podstawy x wysokość kolumny = A z, równanie ciśnienia staje się:
Ciśnienie jest wielkością skalarną, której jednostkami w międzynarodowym systemie pomiarowym są niutony / metrdwa lub paskale (Pa). Brytyjskie jednostki systemowe są szeroko stosowane, zwłaszcza w przemyśle naftowym: funty na cal kwadratowy (psi).
Z powyższego równania wynika, że gęstsze ciecze będą wywierać większe ciśnienie. I że nacisk jest tym większy, im mniejsza jest powierzchnia, na którą jest wywierany.
Podstawiając objętość kolumny płynu V = powierzchnia podstawy x wysokość kolumny = A z, równanie ciśnienia zostaje uproszczone:
Z powyższego równania wynika, że gęstsze ciecze będą wywierać większe ciśnienie. I że nacisk jest tym większy, im mniejsza jest powierzchnia, na którą jest wywierany.
Równanie P = ρgz wskazuje, że ciśnienie P. kolumny płynu rośnie liniowo wraz z głębokością z. Dlatego wariacja ΔP ciśnienia, będzie związane ze zmianami głębokości Δz następująco:
ΔP = ρgΔz
Zdefiniowanie nowej wielkości zwanej ciężarem właściwym płynu γ, wyrażonej wzorem:
γ = ρg
Ciężar właściwy jest podawany w niutonach / objętość lub w N / m3. Dzięki temu równanie na zmianę ciśnienia pozostaje:
ΔP = γ Δz
Który jest przepisany jako:
To jest gradient ciśnienia. Teraz widzimy, że w warunkach statycznych gradient ciśnienia płynu jest stały i równy jego ciężarowi właściwemu.
Jednostki gradientu ciśnienia są takie same jak jednostki ciężaru właściwego, ale można je przepisać na paskal / metr w systemie międzynarodowym. Można teraz wizualizować interpretację gradientu jako zmianę ciśnienia na jednostkę długości, zgodnie z definicją na początku.
Ciężar właściwy wody o temperaturze 20 ºC wynosi 9,8 kilopaskal / m lub 9800 Pa / m. To znaczy, że:
„Na każdy metr opadający w słupie wody ciśnienie wzrasta o 9800 Pa”
Jednostki systemu angielskiego są szeroko stosowane w przemyśle naftowym. W tym systemie jednostkami gradientu ciśnienia są psi / ft lub psi / ft. Inne dogodne jednostki to bar / metr. Do wyznaczania gęstości często używa się funta na galon lub ppg.
Gęstość i ciężar właściwy dowolnego płynu określono eksperymentalnie dla różnych warunków temperatury i ciśnienia. Są dostępne w tabelach wartości
Aby znaleźć wartość liczbową gradientu ciśnienia między różnymi układami jednostek, konieczne jest zastosowanie współczynników konwersji, które prowadzą od gęstości bezpośrednio do gradientu.
W przemyśle naftowym stosuje się przelicznik 0,052, aby przejść 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 gęstośćppg
Na przykład dla wody słodkiej gradient ciśnienia wynosi 0,433 psi / stopę. Wartość 0,052 jest wyprowadzana za pomocą sześcianu, którego miary boczne 1 stopa. Do napełnienia tego wiadra potrzeba 7,48 galonów płynu.
Jeśli gęstość tego płynu jest 1 ppg, całkowita waga sześcianu wyniesie 7,48 funta-siła, a jej ciężar właściwy - 7,48 funta / stopę3.
Teraz za 1 ftdwa jest 144 cali kwadratowych, czyli 1 stopa3 będzie 144 cali kwadratowych na każdą stopę długości. Dzielenie 7,48 / 144 = 0,051944, czyli około 0,052.
Na przykład, jeśli masz płyn, którego gęstość wynosi 13,3 ppg, jego gradient ciśnienia będzie: 13,3 x 0,052 psi / stopę = 0,6916 psi / stopę.
Jeszcze bez komentarzy