Dujų tankis

Dujoms, skirtingai nei skysčiams, būdingas mažas tankis. Normalus tankis dujų yra vieno litro masė esant 0 °C temperatūrai ir 1 kgf/cm2 slėgiui. Bet kurios dujų molekulės masė yra proporcinga jų tankiui.

Dujų tankis c kinta proporcingai slėgiui ir matuojamas pagal dujų masės m santykį su tūriu V, kurį jos užima:

Praktiniais tikslais skirtingas dujas patogu apibūdinti pagal jų tankį, palyginti su oru, esant tokioms pačioms slėgio ir temperatūros sąlygoms. Kadangi skirtingų dujų molekulės turi skirtinga masė, jų tankis esant tam pačiam slėgiui yra proporcingas jų molinei masei.

Dujų tankis ir jų tankio ir oro tankio santykis:

Pagrindiniai dujų įstatymai

Būdingas dujų bruožas yra tas, kad jos neturi savo tūrio ir formos, bet įgauna formą ir užima indo, į kurį jos dedamos, tūrį. Dujos tolygiai užpildo indo tūrį, stengdamosi plėstis ir užimti kuo daugiau tūrio. Visos dujos yra labai suspaudžiamos. Tikrų dujų molekulės turi tūrį ir jėgas abipusė trauka, nors šios vertės yra labai nereikšmingos. Skaičiuodami tikras dujas, jie paprastai naudoja dujų įstatymai Už idealios dujos. Idealios dujos yra įprastos dujos, kurių molekulės neturi tūrio ir nesąveikauja viena su kita dėl traukos jėgų nebuvimo, o jų susidūrimų metu neveikia jokios kitos jėgos, išskyrus jėgas. elastingas poveikis. Šios dujos griežtai laikosi Boyle dėsnių – Mariotte, Gay-Lussac ir kt.

Kuo aukštesnė temperatūra ir mažesnis slėgis, tuo tikrų dujų elgsena artimesnė idealioms dujoms. Esant žemam slėgiui, visos dujos gali būti laikomos idealiomis. Esant maždaug 100 kg/cm2 slėgiui, realių dujų nuokrypiai nuo idealių dujų dėsnių neviršija 5%. Kadangi realių dujų nukrypimai nuo idealių dujų dėsnių paprastai yra nereikšmingi, idealių dujų dėsniai gali būti laisvai naudojami sprendžiant daugelį praktinių problemų.

Boilio dėsnis – Mariotė

Dujų tūrio matavimai veikiant išoriniam slėgiui parodė, kad tarp tūrio V ir slėgio P yra paprastas ryšys, išreikštas Boyle-Mariotte dėsniu: tam tikros dujų masės (arba kiekio) slėgis esant pastovi temperatūra atvirkščiai proporcingas dujų tūriui:

P1: P2 = V1: V2,

čia P1 yra dujų slėgis V1 tūryje; P2 – dujų slėgis esant tūriui V2.

Iš to išplaukia, kad:

P1 * V1 = P2* V2 arba P * V= const (kai t = const).

Šis postulatas suformuluotas taip: tam tikros dujų masės ir jų tūrio slėgio sandauga yra pastovi, jei temperatūra nekinta (t.y. vykstant izoterminiam procesui).

Jei, pavyzdžiui, paimsime 8 litrus dujų esant slėgiui P = 0,5 kgf/cm2 ir pakeisime slėgį esant pastoviai pastoviai temperatūrai, tada bus gauti tokie duomenys: esant 1 kgf/cm2 dujos užims 4 tūrį. litrai, esant 2 kgf / cm2 - 2 litrai , esant 4 kgf / cm2 - 1l; esant 8 kgf/cm2 - 0,5 l.

Taigi, esant pastoviai temperatūrai, bet koks slėgio padidėjimas sumažina dujų tūrį, o dujų tūrio sumažėjimas padidina slėgį.

Dujų tūrio ir slėgio ryšys pastovioje temperatūroje plačiai naudojamas įvairiems skaičiavimams nardymo praktikoje.

Gay-Lussac ir Charles įstatymai

Gay-Lussac dėsnis išreiškia dujų tūrio ir slėgio priklausomybę nuo temperatūros: esant pastoviam slėgiui, tam tikros masės dujų tūris yra tiesiogiai proporcingas jų absoliučiai temperatūrai:

čia T1 ir T2 yra temperatūra kelvinais (K), kuri yra lygi temperatūrai °C + 273,15; tie. 0°C? 273 K; 100 °C - -373 K, o 0оК = -273,15 оС.

Vadinasi, bet koks temperatūros padidėjimas padidina tūrį arba, kitaip tariant, tam tikros dujų masės V tūrio pokytis yra tiesiogiai proporcingas dujų temperatūros pokyčiui t pastovus slėgis(t. y. izobarinio proceso metu). Ši pozicija išreiškiama formule:

čia V1 yra dujų tūris tam tikroje temperatūroje; V0 – pradinis dujų tūris 0 °C temperatūroje; b - dujų tūrinio plėtimosi koeficientas.

Kaitinant įvairias dujas prie tas pats numeris laipsnių, santykinis tūrio padidėjimas yra vienodas visoms dujoms. Koeficientas b – pastovus visų dujų tūrio prieaugis, lygus 1/273 arba 0,00367 oC-1. Šis koeficientas tūrinis plėtimasis dujos parodo, kokia tūrio dalimi esant 0°C, dujų tūris padidėja, jei pastoviu slėgiu jos įkaitinamos 1°C.

Slėgio ir temperatūros santykis atitinka tą patį modelį, būtent: tam tikros dujų masės slėgio pokytis yra tiesiogiai proporcingas temperatūrai esant pastoviam tūriui (t. y. izochoriniame procese: nuo Graikiški žodžiai„izos“ - lygus ir „horema“ - talpa), kuri išreiškiama formule:

Pt = P0 (1 + bt),

čia Рt yra dujų slėgis tam tikroje temperatūroje; Р0 -- pradinis dujų slėgis 0° C temperatūroje; b - dujų tūrinio plėtimosi koeficientas.

Šią priklausomybę J. Charlesas nustatė likus 25 metams iki J. L. Gay-Lussac publikavimo ir dažnai vadinama Charleso įstatymu. Tūrio priklausomybę nuo temperatūros esant pastoviam slėgiui taip pat pirmą kartą nustatė Charlesas.

Dujų temperatūrai mažėjant jų slėgis mažėja, o esant -273,15 °C temperatūrai bet kurių dujų slėgis lygus nuliui. Ši temperatūra vadinama absoliutus nulis temperatūros. Tokiu atveju chaotiškas terminis molekulių judėjimas sustoja ir šiluminės energijos kiekis tampa lygus nuliui. Pateiktos priklausomybės, išreiškiančios Charleso ir Gay-Lussac dėsnius, leidžia mums išspręsti svarbius praktines problemas rengiant ir planuojant povandeninius nardymus, pvz., oro slėgio balionuose nustatymas, kai keičiasi temperatūra, atitinkamas oro atsargų ir laiko, praleisto tam tikrame gylyje, pokytis ir kt.

Būsenos lygtis idealios dujos

Jei ryšys tarp tūrio, slėgio ir temperatūros yra susietas ir išreiškiamas viena lygtimi, tada gaunama idealių dujų būsenos lygtis, kuri apjungia Boyle-Mariotte ir Gay-Lussac dėsnius. Šią lygtį pirmasis išvedė B. P. Clayperonas, transformuodamas savo pirmtakų pasiūlytas lygtis. Clayperon lygtis yra ta, kad tam tikros masės dujų slėgio ir jų tūrio sandauga, padalinta iš absoliučios temperatūros, yra pastovi vertė, kuri nepriklauso nuo dujų būsenos. Vienas iš būdų parašyti šią lygtį yra:

Šiuo atveju dujų konstanta r priklausys nuo dujų pobūdžio. Jei dujų masė yra molis (gramų molekulė), tai dujų konstanta R yra universali ir nepriklauso nuo dujų pobūdžio. Jei dujų masė lygi 1 moliui, lygtis yra tokia:

Tiksli R reikšmė yra 8,314510 J mol -1 K-1

Jei imtume ne 1 molį, o bet kokį kiekį m masės dujų, tai idealių dujų būseną galima išreikšti Mendelejevo-Klaiperono lygtimi, patogia skaičiavimams, tokia forma, kokia ją pirmą kartą užrašė D. I. Mendelejevas 1874 m.

čia m yra dujų masė, g; M yra molinė masė.

Idealiųjų dujų būsenos lygtis gali būti naudojama skaičiavimams nardymo praktikoje.

Pavyzdys. Nustatykite tūrį, kurį užima 2,3 kg vandenilio esant + 10 °C temperatūrai ir 125 kgf/cm2 slėgiui

kur 2300 yra dujų masė, g; 0,082 - dujų konstanta; 283 - temperatūra T (273+10); 2 yra vandenilio M molinė masė. Iš lygties matyti, kad dujų slėgis indo sieneliuose yra lygus:

Šis slėgis išnyksta arba esant m > 0 (kai dujos beveik išnyksta), arba esant V>? (kai dujos plečiasi neribotai), arba esant T > 0 (kai dujų molekulės nejuda).

Van der Waalso lygtis

Net M. V. Lomonosovas atkreipė dėmesį, kad Boyle-Mariotte dėsnis negali būti teisingas dideli kiekiai slėgio, kai atstumai tarp molekulių yra panašūs į jų pačių dydžius. Vėliau buvo visiškai patvirtinta, kad nukrypimai nuo idealių dujų elgsenos bus reikšmingi labai aukšto slėgio ir labai žemos temperatūros. Šiuo atveju ideali dujų lygtis duos neteisingus rezultatus, neatsižvelgiant į sąveikos jėgas tarp dujų molekulių ir jų užimamą tūrį. Todėl 1873 m. Janas Diederikas van der Waalsas pasiūlė atlikti du šios lygties pataisymus: slėgio ir tūrio.

Avogadro dėsnis

Avogadro iškėlė hipotezę, pagal kurią tomis pačiomis temperatūros ir slėgio sąlygomis visos idealios dujos, nepaisant jų cheminė prigimtis yra tūrio vienete vienodas skaičius molekulių. Iš to seka, kad masė vienodos apimties dujų kiekis yra proporcingas jų molekulinei masei.

Remdamiesi Avogadro dėsniu, žinodami tiriamų dujų tūrius, galite nustatyti jų masę ir, atvirkščiai, pagal dujų masę galite nustatyti jų tūrį.

Dujų dinamikos dėsniai

Daltono dėsnis. Dujų mišinio slėgis yra lygus atskirų dujų, sudarančių mišinį, dalinių (dalinių) slėgių sumai, t. mišinio.

Dalinis dujų slėgis Pr yra proporcingas tam tikrų dujų procentinei daliai C ir dujų mišinio absoliučiam slėgiui Pac ir nustatomas pagal formulę:

Pr = Pa6с С/100,

čia Pr – dalinis dujų slėgis mišinyje, kg/cm2; C – tūrinis dujų kiekis mišinyje, %.

Iliustruoti šis įstatymas galima atlikti lyginant uždaro tūrio dujų mišinį su skirtingo svorio svorių rinkiniu, uždėtu ant svarstyklių. Akivaizdu, kad kiekvienas svarelis darys spaudimą svarstyklei, nepaisant to, ar ant jų yra kitų svarmenų.

Atšauktas diferencialines lygtis(1.2, 1.4) yra parametrai, apibūdinantys skystį ar dujas: tankis r , klampumas m , taip pat porėtos terpės parametrai – poringumo koeficientai m ir pralaidumas k . Norint atlikti tolesnius skaičiavimus, būtina žinoti šių koeficientų priklausomybę nuo slėgio.

Lašelių skysčio tankis. Nuolat filtruojant lašelinį skystį, jo tankis gali būti laikomas nepriklausomu nuo slėgio, tai yra, skystis gali būti laikomas nesuspaudžiamu: r = konst .

Esant nestabiliems procesams, būtina atsižvelgti į skysčio suspaudžiamumą, kuriam būdinga tūrinis skysčio suspaudimo laipsnis b . Šis koeficientas paprastai laikomas pastoviu:

Integravus paskutinę lygybę iš pradines vertes spaudimas 0 p ir tankis r 0 į dabartinės vertės, gauname:

Šiuo atveju gauname tiesinė priklausomybė tankis, palyginti su slėgiu.

Dujų tankis. Suspaudžiami skysčiai (dujos) su nedideliais slėgio ir temperatūros pokyčiais taip pat gali būti apibūdinami tūrinio suspaudimo ir šiluminio plėtimosi koeficientais. Tačiau esant dideliems slėgio ir temperatūros pokyčiams, šie koeficientai keičiasi plačiose ribose, todėl idealių dujų tankio priklausomybė nuo slėgio ir temperatūros grindžiama Clayperon – Mendelejevo būsenų lygtys:

Kur R' = R/M m– dujų konstanta, priklausomai nuo dujų sudėties.

Oro ir metano dujų konstanta yra atitinkamai vienoda, R΄ oras = 287 J/kg K˚; R΄ metanas = 520 J/kg K˚.

Paskutinė lygtis kartais rašoma taip:

(1.50)

Iš paskutinės lygties aišku, kad dujų tankis priklauso nuo slėgio ir temperatūros, todėl jei žinomas dujų tankis, tuomet reikia nurodyti dujų slėgį, temperatūrą ir sudėtį, o tai yra nepatogu. Todėl įvedamos normalių ir standartinių fizinių sąlygų sąvokos.

Normalios sąlygos atitinka temperatūrą t = 0°C ir slėgį p esant = 0,1013°MPa. Oro tankis ties normaliomis sąlygomis lygus ρ v.n.us = 1,29 kg/m 3.

Standartinės sąlygos atitinka temperatūrą t = 20°C ir slėgį p esant = 0,1013°MPa. Oro tankis standartinėmis sąlygomis lygus ρ w.st.us = 1,22 kg/m 3.

Todėl pagal žinomą tankį tam tikromis sąlygomis galima apskaičiuoti dujų tankį esant kitoms slėgio ir temperatūros reikšmėms:

Išskyrus rezervuaro temperatūrą, gauname idealią dujų būsenos lygtį, kurią naudosime ateityje:

Kur z – būsenos nuokrypio laipsnį apibūdinantis koeficientas tikros dujos nuo idealiųjų dujų dėsnio (superslėgimo koeficiento) ir priklausomai nuo tam tikrų dujų slėgio ir temperatūros z = z(p, T) . Superkompresijos koeficiento reikšmės z nustatomi pagal D. Browno grafikus.

Alyvos klampumas. Eksperimentai rodo, kad alyvos (esant slėgiui, viršijančiam soties slėgį) ir dujų klampumo koeficientai didėja didėjant slėgiui. Esant dideliems slėgio pokyčiams (iki 100 MPa), galima daryti prielaidą, kad rezervuaro alyvų ir gamtinių dujų klampumo priklausomybė nuo slėgio yra eksponentinė:

(1.56)

Esant nedideliems slėgio pokyčiams, ši priklausomybė yra tiesinė.

Čia m 0 – klampumas esant fiksuotam slėgiui 0 p ; β m – koeficientas, nustatytas eksperimentiškai ir priklausomai nuo naftos ar dujų sudėties.

Rezervuaro poringumas. Norėdami išsiaiškinti, kaip poringumo koeficientas priklauso nuo slėgio, panagrinėkime įtempių, veikiančių akytoje terpėje, užpildytoje skysčiu, klausimą. Mažėjant slėgiui skystyje, didėja jėga, veikianti akytos terpės karkasą, todėl poringumas mažėja.

Dėl mažos kietosios fazės deformacijos dažniausiai manoma, kad poringumo pokytis tiesiškai priklauso nuo slėgio pokyčio. Uolienų suspaudimo dėsnis parašytas taip, įvedant darinio tūrinio tamprumo koeficientas b c:

Kur m 0 – poringumo koeficientas esant slėgiui 0 p .

Laboratoriniai eksperimentai skirtingoms granuliuotoms uolienoms ir lauko tyrimai rodo, kad darinio tūrinio elastingumo koeficientas yra (0,3 - 2) 10 -10 Pa -1.

Esant reikšmingiems slėgio pokyčiams, poringumo pokytis apibūdinamas lygtimi:

o dideliems – eksponentinis:

(1.61)

Skilusiose dariniuose pralaidumas priklausomai nuo slėgio kinta intensyviau nei akytose, todėl įtrūkusiuose dariniuose, atsižvelgiant į priklausomybę k(p) reikalingesnės nei granuliuotose.

Skysčio ar dujų, prisotinančio darinį, ir porėtos terpės būsenos lygtys uždaro diferencialinių lygčių sistemą.

Paprastai, mažėjant temperatūrai, tankis didėja, nors yra medžiagų, kurių tankis elgiasi skirtingai, pavyzdžiui, vanduo, bronza ir ketus. Taigi vandens tankis turi didžiausią vertę esant 4 °C ir mažėja tiek kylant, tiek mažėjant temperatūrai, palyginti su šiuo skaičiumi.

Pasikeitus agregacijos būsenai, medžiagos tankis kinta staigiai: tankis didėja pereinant iš dujinės būsenos į skystį ir skysčiui kietėjant. Tiesa, vanduo yra šios taisyklės išimtis, jo tankis mažėja kietėjant.

Dviejų medžiagų P. santykis tam tikromis standartinėmis fizinėmis sąlygomis vadinamas santykiniu P.: skystam ir kietosios medžiagos paprastai jis nustatomas pagal 4 °C temperatūros distiliuoto vandens P., dujoms - pagal sauso oro arba vandenilio P. normaliomis sąlygomis.

P. SI vienetas yra kg/m 3 , CGS vienetų g/cm 3 sistemoje. Praktikoje taip pat naudojami nesisteminiai P vienetai: g/l, t/m 3 ir tt

Medžiagų tankiui matuoti naudojami tankio matuokliai, piknometrai, hidrometrai ir hidrostatinis svėrimas (žr. Moros svarstykles). . Dr. tankio nustatymo metodai remiasi tankio ryšiu su medžiagos būsenos parametrais arba su medžiagoje vykstančių procesų priklausomybe nuo jos tankio idealios dujos galima apskaičiuoti pagal būsenos lygtis r = pm/RT, kur p – dujų slėgis, m – jo molekulinė masė (molinė masė), R - dujų konstanta , T - absoliuti temperatūra, arba nustatomas, pavyzdžiui, pagal ultragarso sklidimo greitį (čia b yra adiabatinis suspaudžiamumas dujos).

Natūralių kūnų ir aplinkos P verčių diapazonas yra ypač platus. Taigi tarpžvaigždinės terpės tankis neviršija 10 -21 kg/m 3 , vidutinis Saulės P. yra 1410 kg/m 3 , Žemė – 5520 kg/m 3 , aukščiausias P. metalų - 22 500 kg/m 3 (osmis), P. medžiagos atomų branduoliai - 10 17 kg/m 3 , galiausiai neutroninių žvaigždžių tankis gali siekti 10 20 kg/m 3 .

Slėgio matuoklis yra mechaninis matavimo prietaisas, kurį sudaro plieninis arba plastikinis ciferblatas su vamzdelio pavidalo spyruokle, skirtas skystų ir dujinių medžiagų slėgiui matuoti.

Mechaniniuose manometruose išmatuotas slėgis jutimo elemento pagalba paverčiamas mechaniniu judesiu, sukeliančiu mechaninį rodyklių ar kitų skaičiavimo mechanizmų dalių nukrypimą, matavimo rezultatų fiksavimą, taip pat signalinius įtaisus ir slėgio stabilizavimą. valdomo objekto sistemos. Vamzdinės spyruoklės, harmoninės (silfoninės) ir plokščios membranos bei kiti matavimo mechanizmai naudojami kaip jautrūs mechaninių manometrų elementai, kuriuose, veikiant slėgiui, sukeliamos tamprios deformacijos arba specialių spyruoklių elastingumas.

Pagal tikslumą visi mechaniniai manometrai skirstomi į: techninius, valdymo ir standartinius. Techniniai manometrai turi 1,5 tikslumo klases; 2,5; 4; kontrolė 0,5; 1,0; pavyzdinis 0,16; 0,45.

Vamzdinės spyruoklės yra tuščiaviduriai ovalo ar kitokio skerspjūvio vamzdžiai, sulenkti apskritimo lanku, išilgai sraigtinės arba spiralinės linijos ir turintys vieną ar daugiau posūkių. Įprastoje konstrukcijoje, kuri dažniausiai naudojama praktikoje, naudojamos vieno posūkio spyruoklės. Principinis ir blokinė schema Manometras su vieno apsisukimo vamzdine spyruokle parodytas 2 pav.

2 pav. Mechaninis manometras ir jo charakteristikos

Slėgio spyruoklės 5 galas yra prilituotas prie jungiamosios detalės 1. Antrasis lituojamas galas K yra šarnyriškai sujungtas strypu 3 su krumpliaračio sektoriaus 4 svirtimi. Sektoriaus dantys yra sujungti su varomąja pavara 6, kuri yra sumontuota. ant rodyklių ašies 7 9. Kad pašalintumėte rodyklės vibracijas dėl tarpų tarp dantų Pavarų dėžėje naudojama spiralinė spyruoklė 2, kurios galai sujungti su korpusu ir ašimi 7. Po apačia yra fiksuota skalė rodyklė.

Vamzdinės spyruoklės viduje ir išorėje esant slėgio skirtumui keičiasi savo skerspjūvio forma, dėl to jos sandarus galas K pasislenka proporcingai darbinio slėgio skirtumui.

Mechaninio manometro blokinė schema (2 pav., b) susideda iš trijų linijinių grandžių I, II, III, kurių statinės charakteristikos pavaizduotos grafikais, o kur – vamzdinės spyruoklės laisvojo galo judėjimas. , yra inicialas centrinis kampas vamzdinė spyruoklė. Dėl visų jungčių tiesiškumo bendra manometro statinė charakteristika yra tiesinė, o skalė vienoda. I jungties įvesties vertė yra išmatuotas slėgis, o išėjimo vertė yra matuoklio spyruoklės laisvojo (lituoto) galo judėjimas5. Strypas 3 su pavarų sektoriaus svirtimi 4 sudaro antrąją jungtį. II jungties įvesties vertė yra , o išėjimo vertė yra manometrinės spyruoklės galo kampinis nuokrypis. III jungties įvesties vertė (III jungtis yra pavaros sektorius, sujungtas su varomąja pavara 6) yra kampinis nuokrypis, o išvestis yra kampinis rodyklės 9 nuokrypis nuo 8 skalės nulinio taško.

Matavimams žemo vakuumo srityje naudojami mechaniniai manometrai. Deformaciniuose slėgio matuokliuose su indikatoriumi susietas tamprus elementas susilenkia veikiamas skirtumo tarp išmatuoto ir etaloninio slėgio (atmosferos arba didelio vakuumo). BC-7 serijos dumplių pramoniniuose manometruose išmatuotas slėgis sukelia dumplių judėjimą, kuris perduodamas savirašiui. Šių prietaisų tiesinė skalė iki 760 torrų, o tikslumas – 1,6%.

Alyvos fizikinės ir cheminės savybės ir ją apibūdinantys parametrai: tankis, klampumas, gniuždomumas, tūrinis koeficientas. Jų priklausomybė nuo temperatūros ir slėgio

Fizinės savybės rezervuarinės alyvos labai skiriasi nuo paviršinių degazuotų alyvų savybių, kurias lemia temperatūros, slėgio ir ištirpusių dujų įtaka. Skaičiuojant naftos ir naftos dujų atsargas, projektuojant, plėtojant ir eksploatuojant naftos telkinius, atsižvelgiama į formacijų alyvų fizikinių savybių pokyčius, susijusius su jų buvimo dariniuose termodinaminėmis sąlygomis.

Tankis degazuota alyva labai skiriasi – nuo 600 iki 1000 kg/m 3 ar daugiau ir daugiausia priklauso nuo angliavandenilių sudėties ir asfalto dervos medžiagų kiekio.

Alyvos tankis rezervuaro sąlygomis priklauso nuo ištirpusių dujų kiekio, temperatūros ir slėgio. Didėjant slėgiui, tankis šiek tiek didėja, o padidėjus kitiems dviem veiksniams – mažėja. Pastarųjų veiksnių įtaka didesnė. Azoto arba anglies dioksido prisotintų alyvų tankis šiek tiek didėja didėjant slėgiui.

Ištirpusių dujų kiekio ir temperatūros įtaka stipresnė. Todėl dujų tankis galiausiai yra visada mažesnis tankis degazuotas aliejus ant paviršiaus. Didėjant slėgiui, naftos tankis žymiai sumažėja, tai yra dėl naftos prisotinimo dujomis. Slėgio padidėjimas virš naftos prisotinimo dujomis slėgio šiek tiek padidina alyvos tankį.

Formavimo vandenų tankiui, be slėgio, temperatūros ir ištirpusių dujų, didelę įtaką daro jų druskingumas. Kai druskų koncentracija formavimo vandenyje yra 643 kg/m3, jo tankis siekia 1450 kg/m3.

Tūrio koeficientas. Kai dujos ištirpsta skystyje, jų tūris didėja. Skysčio tūrio su jame ištirpusiomis dujomis rezervuaro sąlygomis santykis su to paties skysčio tūriu ant paviršiaus po jo išdujinimo vadinamas tūriniu koeficientu.

b=V PL / V POV

čia VPL yra alyvos tūris rezervuaro sąlygomis; V POV – tos pačios alyvos tūris esant atmosferos slėgiui ir t=20°C po degazavimo.

Kadangi aliejus gali labai ištirpti didelis skaičius angliavandenilių dujos (net 1000 ir daugiau m 3 1 m 3 naftos), priklausomai nuo termodinaminių sąlygų, naftos tūrinis koeficientas gali siekti 3,5 ir daugiau. Formavimo vandens tūriniai koeficientai yra 0,99-1,06.

Išgaunamos naftos kiekio sumažėjimas, palyginti su naftos tūriu rezervuare, išreikštas procentais, vadinamas „susitraukimu“.

u=(b-1) / b *100 %

Kai slėgis sumažėja nuo pradinio rezervuaro p 0 iki prisotinimo slėgio, tūrinis koeficientas kinta mažai, nes nafta su joje ištirpusiomis dujomis šioje srityje elgiasi kaip paprastas silpnai suspaudžiamas skystis, mažėjant slėgiui šiek tiek plečiasi. Mažėjant slėgiui, iš alyvos palaipsniui išsiskiria dujos ir mažėja tūrio santykis. Padidėjus alyvos temperatūrai, pablogėja dujų tirpumas, dėl to sumažėja tūrinis koeficientas

Klampumas. Vienas iš svarbiausias savybes aliejus yra klampumas. Į alyvos klampumą atsižvelgiama beveik visuose hidrodinaminiuose skaičiavimuose, susijusiuose su skysčio kėlimu per vamzdelius, šulinių praplovimu, gręžinių produktų transportavimu per lauko vamzdžius ir šalia gręžinių susidarymo zonų apdorojimu. įvairių metodų, taip pat atliekant skaičiavimus, susijusius su alyvos judėjimu rezervuare.

Rezervuaro alyvos klampumas labai skiriasi nuo paviršinės alyvos klampos, nes joje yra ištirpusių dujų ir ji yra tokiomis sąlygomis aukštas kraujospūdis ir temperatūros. Didėjant ištirpusių dujų kiekiui ir temperatūrai, alyvų klampumas mažėja.

Slėgio padidėjimas žemiau prisotinimo slėgio padidina dujų faktorių ir dėl to sumažėja klampumas. Slėgio padidėjimas virš rezervuaro alyvos prisotinimo slėgio padidina klampumą

Su paaukštinimu molekulinė masė Padidėja alyvos klampumas. Taip pat turi įtakos alyvos klampumui didelę įtaką jame esančių parafinų ir asfalto dervų kiekis, kaip taisyklė, didėja.

Alyvos suspaudimas. Aliejus turi elastingumą, ty gebėjimą keisti savo tūrį veikiant išoriniam slėgiui. Skysčio elastingumas matuojamas gniuždomumo koeficientu, kuris apibrėžiamas kaip skysčio tūrio pokyčio ir pradinio tūrio santykis pasikeitus slėgiui:

β P =ΔV/(VΔP) , kur

ΔV – alyvos tūrio pokytis; V – pradinis alyvos tūris; ΔP – slėgio pokytis

Rezervuaro alyvos suspaudžiamumo koeficientas priklauso nuo sudėties, joje ištirpusių dujų kiekio, temperatūros ir absoliutaus slėgio.

Degazuotos alyvos turi santykinai mažą suspaudimo koeficientą, maždaug (4-7) * 10 -10 1/Pa, o lengvosios alyvos, kurių sudėtyje yra reikšminga suma ištirpusių dujų - iki 140*10 -10 1/Pa. Kaip aukštesnė temperatūra, tie didesnis koeficientas suspaudžiamumas.

Tankis.

Tankis paprastai reiškia medžiagos masę, esančios tūrio vienete. Atitinkamai, šio kiekio matmenys yra kg/m3 arba g/cm3.

ρ=m/V

Alyvos tankis rezervuaro sąlygomis mažėja dėl joje ištirpusių dujų ir dėl temperatūros padidėjimo. Tačiau slėgiui nukritus žemiau prisotinimo slėgio, alyvos tankio priklausomybė yra nemonotoniška, o slėgiui padidėjus virš prisotinimo slėgio, alyva suspaudžiama ir tankis šiek tiek padidėja.

Alyvos klampumas.

Klampumas apibūdina trinties jėgą (vidinę varžą), kuri susidaro tarp dviejų gretimų skysčio ar dujų sluoksnių paviršiaus ploto vienetui, kai jie juda tarpusavyje.

Nustatomas alyvos klampumas eksperimentiškai ant specialaus viskozimetro VVD-U. Viskoziometro veikimo principas pagrįstas metalinio rutulio kritimo į tiriamą skystį laiko matavimu.

Alyvos klampumas nustatomas pagal formulę:

μ = t (ρ w – ρ f) k

t – kamuoliuko kritimo laikas, s

ρ w ir ρ w – rutulio ir skysčio tankis, kg/m 3

k – viskozimetro konstanta

Padidėjus temperatūrai sumažėja alyvos klampumas (2.a pav.). Slėgio padidėjimas žemiau prisotinimo slėgio padidina dujų faktorių ir dėl to sumažėja klampumas. Slėgio padidėjimas virš rezervuaro alyvos prisotinimo slėgio padidina klampumą (2.b pav.).

Minimali klampumo reikšmė atsiranda tada, kai slėgis darinyje tampa lygus darinio prisotinimo slėgiui.

Alyvos suspaudimas

Aliejus turi elastingumo. Elastinės savybės alyvos įvertinamos alyvos suspaudimo koeficientu. Alyvos suspaudimas reiškia skysčio gebėjimą pakeisti savo tūrį veikiant slėgiui:

β n = (1)

β n – alyvos suspaudimo koeficientas, MPa -1-

V n – pradinis alyvos tūris, m 3

∆V – alyvos tūrio matavimas veikiant slėgio matavimui ∆Р

Suspaudimo koeficientas apibūdina santykinį alyvos tūrio vieneto pokytį su slėgio pokyčiu vienam vienetui. Tai priklauso nuo rezervuaro alyvos sudėties, temperatūros ir absoliutaus slėgio. Didėjant temperatūrai, suspaudžiamumo koeficientas didėja.

Tūrio koeficientas

Tūrinis koeficientas suprantamas kaip vertė, parodanti, kiek kartų naftos tūris rezervuaro sąlygomis viršija tos pačios alyvos tūrį, kai dujos išleidžiamos į paviršių.

in = V pl /V pinigai

c – tūrinis koeficientas

Vpl ir Vdeg – rezervuaro ir išdujintos alyvos tūriai, m 3

Kai slėgis sumažėja nuo pradinio rezervuaro p 0 iki prisotinimo slėgio (ab segmentas), tūrinis koeficientas kinta mažai, nes nafta su joje ištirpusiomis dujomis šioje srityje elgiasi kaip paprastas silpnai suspaudžiamas skystis, mažėjant slėgiui šiek tiek plečiasi.

Mažėjant slėgiui, iš alyvos palaipsniui išsiskiria dujos ir mažėja tūrio santykis. Padidėjus alyvos temperatūrai, pablogėja dujų tirpumas, dėl to sumažėja tūrinis koeficientas.

Santrauka šia tema:

Oro tankis

Planas:

1 Santykiai pagal idealių dujų modelį
- 1.1 Temperatūra, slėgis ir tankis
- 1.2 Oro drėgmės poveikis
- 1.3 Aukščio įtaka troposferoje

Įvadas

Oro tankis- dujų masė Žemės atmosferoje tūrio vienetui arba savitasis svoris oras natūraliomis sąlygomis. Didumas oro tankis yra atliktų matavimų aukščio, jo temperatūros ir drėgmės funkcija. Paprastai standartinė vertė laikoma 1,225 kg ⁄ m 3 , kuris atitinka sauso oro tankį 15°C temperatūroje jūros lygyje.

1. Idealiųjų dujų modelio ryšiai

Temperatūros įtaka oro savybėms lygyje. jūros
Temperatūra	Greitis garsas	Tankis oras (nuo Clapeyron lygio)	Akustinis pasipriešinimas
, SU	c, m sek −1	ρ , kg m −3	Z, N sek m −3
+35	351,96	1,1455	403,2
+30	349,08	1,1644	406,5
+25	346,18	1,1839	409,4
+20	343,26	1,2041	413,3
+15	340,31	1,2250	416,9
+10	337,33	1,2466	420,5
+5	334,33	1,2690	424,3
±0	331,30	1,2920	428,0
-5	328,24	1,3163	432,1
-10	325,16	1,3413	436,1
-15	322,04	1,3673	440,3
-20	318,89	1,3943	444,6
-25	315,72	1,4224	449,1

1.1. Temperatūra, slėgis ir tankis

Sauso oro tankis gali būti apskaičiuojamas naudojant Clapeyrono lygtį idealioms dujoms esant tam tikrai temperatūrai.

Čia ρ ir slėgis: - oro tankis, p - absoliutus slėgis, R - specifinė dujų konstanta sausam orui (287,058 J ⁄ (kg K)), T

- absoliuti temperatūra Kelvinais. Taigi, pakeitę gauname: standartinėje atmosferoje Tarptautinė sąjunga
teorinė ir taikomoji chemija (temperatūra 0°C, slėgis 100 kPa, nulis drėgmės) oro tankis 1,2754 kg ⁄ m³;

esant 20 °C, 101,325 kPa ir sausam orui, atmosferos tankis yra 1,2041 kg ⁄ m³. Žemiau esančioje lentelėje pateikti įvairūs oro parametrai, apskaičiuoti pagal atitinkamus parametrus elementarios formulės

, priklausomai nuo temperatūros (slėgis laikomas 101,325 kPa)

1.2. Oro drėgmės poveikis Drėgmė reiškia dujinių vandens garų buvimą ore, kurių dalinis slėgis neviršija sočiųjų garų slėgio tam tikromis atmosferos sąlygomis. Vandens garų pridėjimas į orą sumažina jo tankį, o tai paaiškinama mažesniu vandens (18 g ⁄ mol), palyginti su moline sauso oro mase (29 g ⁄ mol). Drėgnas oras gali būti laikomas idealių dujų mišiniu, kurių kiekvieno tankio derinys leidžia gauti reikiamą jų mišinio vertę. Šis aiškinimas leidžia nustatyti tankio vertę esant mažesnei nei 0,2% paklaidai temperatūros diapazone nuo –10 °C iki 50 °C ir gali būti išreikšta taip:

kur yra drėgno oro tankis (kg ⁄ m³); - oro tankis, d- dalinis sauso oro slėgis (Pa); - absoliutus slėgis, d- universali dujų konstanta sausam orui (287,058 J ⁄ (kg K)); - specifinė dujų konstanta sausam orui (287,058 J ⁄ (kg K)),- temperatūra (K); - oro tankis, v- vandens garų slėgis (Pa) ir - absoliutus slėgis, v- universali garų konstanta (461,495 J ⁄ (kg K)). Vandens garų slėgį galima nustatyti pagal santykinę drėgmę:

Kur - oro tankis, v- vandens garų slėgis; φ - santykinė oro drėgmė Ir - oro tankis, sat yra sočiųjų garų dalinis slėgis, pastarasis gali būti pavaizduotas kaip tokia supaprastinta išraiška:

kuris duoda rezultatą milibarais. Sauso oro slėgis - oro tankis, d nustatomas paprastu skirtumu:

Kur - oro tankis,žymi absoliutų nagrinėjamos sistemos slėgį.

1.3. Aukščio įtaka troposferoje

Slėgio, temperatūros ir oro tankio priklausomybė nuo aukščio, palyginti su standartine atmosfera ( - oro tankis, 0 = 101325 Pa, T0=288,15 K, ρ 0 =1,225 kg/m³).

Norint apskaičiuoti oro tankį tam tikrame troposferos aukštyje, galima naudoti šiuos parametrus (atmosferos parametrai rodo standartinės atmosferos vertę):

standartinis atmosferos slėgis jūros lygyje - - oro tankis, 0 = 101325 Pa;
standartinė temperatūra jūros lygyje - T0= 288,15 K;
pagreitis laisvasis kritimas virš Žemės paviršiaus - g= 9,80665 m ⁄ sek 2 (šiems skaičiavimams ji laikoma nuo aukščio nepriklausoma reikšme);
temperatūros kritimo greitis (anglų k.) rusų k. su aukščiu, troposferoje - L
= 0,0065 K ⁄ m; - absoliutus slėgis, universali dujų konstanta -
= 8,31447 J⁄ (Mol K); molinė sauso oro masė - M

= 0,0289644 kg ⁄ Mol. Troposferai (t. y. linijinio temperatūros mažėjimo sričiai – tai vienintelė čia naudojama troposferos savybė) temperatūra aukštyje h

virš jūros lygio galima pateikti pagal formulę: Troposferai (t. y. linijinio temperatūros mažėjimo sričiai – tai vienintelė čia naudojama troposferos savybė) temperatūra aukštyje:

Slėgis aukštyje

Šios trys formulės (temperatūros, slėgio ir tankio priklausomybė nuo aukščio) naudojamos diagramoms, parodytoms dešinėje, sudaryti. Grafikai normalizuoti – jie parodo bendrą parametrų elgesį. „Nulis“ vertės teisingiems skaičiavimams kiekvieną kartą turi būti pakeistos pagal atitinkamų prietaisų (termometro ir barometro) rodmenis. šiuo metu jūros lygyje.

Išvestinėse diferencialinėse lygtyse (1.2, 1.4) yra parametrai, apibūdinantys skystį ar dujas: tankis r , klampumas m , taip pat porėtos terpės parametrai – poringumo koeficientai m ir pralaidumas k . Norint atlikti tolesnius skaičiavimus, būtina žinoti šių koeficientų priklausomybę nuo slėgio.

Lašelių skysčio tankis. Nuolat filtruojant lašelinį skystį, jo tankis gali būti laikomas nepriklausomu nuo slėgio, tai yra, skystis gali būti laikomas nesuspaudžiamu: r = konst .

Esant nestabiliems procesams, būtina atsižvelgti į skysčio suspaudžiamumą, kuriam būdinga tūrinis skysčio suspaudimo laipsnis b . Šis koeficientas paprastai laikomas pastoviu:

Integravus paskutinę lygybę iš pradinių slėgio verčių 0 p ir tankis r 0 pagal dabartines vertes, gauname:

Šiuo atveju gauname tiesinę tankio priklausomybę nuo slėgio.

Dujų tankis. Suspaudžiami skysčiai (dujos) su nedideliais slėgio ir temperatūros pokyčiais taip pat gali būti apibūdinami tūrinio suspaudimo ir šiluminio plėtimosi koeficientais. Tačiau esant dideliems slėgio ir temperatūros pokyčiams, šie koeficientai kinta plačiose ribose, todėl idealių dujų tankio priklausomybė nuo slėgio ir temperatūros yra pagrįsta Clayperon – Mendelejevo būsenų lygtys:

Kur R' = R/M m– dujų konstanta, priklausomai nuo dujų sudėties.

Oro ir metano dujų konstanta yra atitinkamai vienoda, R΄ oras = 287 J/kg K˚; R΄ metanas = 520 J/kg K˚.

Paskutinė lygtis kartais rašoma taip:

(1.50)

Normalios sąlygos atitinka temperatūrą t = 0°C ir slėgį p esant = 0,1013°MPa. Oro tankis normaliomis sąlygomis lygus ρ v.n.us = 1,29 kg/m 3.

Standartinės sąlygos atitinka temperatūrą t = 20°C ir slėgį p esant = 0,1013°MPa. Oro tankis standartinėmis sąlygomis lygus ρ w.st.us = 1,22 kg/m 3.

Todėl pagal žinomą tankį tam tikromis sąlygomis galima apskaičiuoti dujų tankį esant kitoms slėgio ir temperatūros reikšmėms:

Išskyrus rezervuaro temperatūrą, gauname idealią dujų būsenos lygtį, kurią naudosime ateityje:

Kur z – koeficientas, apibūdinantis realių dujų būsenos nuokrypio nuo idealiųjų dujų dėsnio laipsnį (superkomprespondencijos koeficientas) ir priklausomas nuo tam tikrų dujų slėgio ir temperatūros z = z(p, T) . Superkompresijos koeficiento reikšmės z nustatomi pagal D. Browno grafikus.

(1.56)

Esant nedideliems slėgio pokyčiams, ši priklausomybė yra tiesinė.

Čia m 0 – klampumas esant fiksuotam slėgiui 0 p ; β m – koeficientas, nustatytas eksperimentiškai ir priklausomai nuo naftos ar dujų sudėties.

Kur m 0 – poringumo koeficientas esant slėgiui 0 p .

Įvairių granuliuotų uolienų laboratoriniai eksperimentai ir lauko tyrimai rodo, kad darinio tūrinio elastingumo koeficientas yra (0,3 - 2) 10 -10 Pa -1.

Esant reikšmingiems slėgio pokyčiams, poringumo pokytis apibūdinamas lygtimi:

o dideliems – eksponentinis: