Sifat fizikokimia minyak dan parameter yang mencirikannya: ketumpatan, kelikatan, kebolehmampatan, pekali isipadu. Kebergantungan mereka pada suhu dan tekanan
Sifat fizikal minyak takungan adalah sangat berbeza daripada sifat minyak ternyahgas permukaan, yang ditentukan oleh pengaruh suhu, tekanan dan gas terlarut. Perubahan dalam sifat fizikal minyak pembentukan yang berkaitan dengan keadaan termodinamik kehadirannya dalam formasi diambil kira apabila mengira rizab minyak dan gas minyak, semasa reka bentuk, pembangunan dan operasi medan minyak.
Ketumpatan minyak dinyahgas berbeza-beza - dari 600 hingga 1000 kg/m 3 atau lebih dan bergantung terutamanya pada komposisi hidrokarbon dan kandungan bahan asfalt-resin.
Ketumpatan minyak dalam keadaan takungan bergantung kepada jumlah gas terlarut, suhu dan tekanan. Dengan peningkatan tekanan, ketumpatan meningkat sedikit, dan dengan peningkatan dalam dua faktor lain, ia berkurangan. Pengaruh faktor yang terakhir adalah lebih besar. Ketumpatan minyak tepu dengan nitrogen atau karbon dioksida meningkat sedikit dengan peningkatan tekanan.
Pengaruh jumlah gas terlarut dan suhu adalah lebih kuat. Oleh itu, ketumpatan gas akhirnya sentiasa kurang daripada ketumpatan minyak ternyahgas di permukaan. Apabila tekanan meningkat, ketumpatan minyak berkurangan dengan ketara, yang disebabkan oleh ketepuan minyak dengan gas. Peningkatan tekanan di atas tekanan tepu minyak dengan gas menyumbang kepada sedikit peningkatan ketumpatan minyak.
Ketumpatan air pembentukan, sebagai tambahan kepada tekanan, suhu dan gas terlarut, sangat dipengaruhi oleh kemasinan mereka. Apabila kepekatan garam dalam air pembentukan ialah 643 kg/m3, ketumpatannya mencapai 1450 kg/m3.
Pekali volum. Apabila gas larut dalam cecair, isipadunya bertambah. Nisbah isipadu cecair dengan gas terlarut di dalamnya dalam keadaan takungan kepada isipadu cecair yang sama di permukaan selepas penyahgasannya dipanggil pekali isipadu.
b=V PL / V POV
di mana VPL ialah isipadu minyak dalam keadaan takungan; V POV ialah isipadu minyak yang sama pada tekanan atmosfera dan t=20°C selepas penyahgas.
Oleh kerana sejumlah besar gas hidrokarbon boleh larut dalam minyak (walaupun 1000 atau lebih m 3 dalam 1 m 3 minyak), bergantung kepada keadaan termodinamik, pekali isipadu minyak boleh mencapai 3.5 atau lebih. Pekali isipadu untuk air pembentukan ialah 0.99-1.06.
Pengurangan dalam isipadu minyak pulih berbanding dengan isipadu minyak dalam takungan, dinyatakan sebagai peratusan, dipanggil "pengecutan."
u=(b-1) / b *100%
Apabila tekanan berkurangan dari takungan awal p 0 kepada tekanan tepu, pekali isipadu berubah sedikit, kerana minyak dengan gas terlarut di dalamnya berkelakuan di rantau ini seperti cecair mudah mampat lemah biasa, mengembang sedikit apabila tekanan berkurangan. Apabila tekanan berkurangan, gas dibebaskan secara beransur-ansur daripada minyak dan nisbah isipadu berkurangan. Peningkatan suhu minyak memburukkan keterlarutan gas, yang membawa kepada penurunan pekali isipadu
Kelikatan. Salah satu ciri minyak yang paling penting ialah kelikatan. Kelikatan minyak diambil kira dalam hampir semua pengiraan hidrodinamik yang berkaitan dengan mengangkat bendalir melalui tiub, pembilasan telaga, mengangkut produk telaga melalui paip dalam medan, memproses zon lubang bawah pembentukan menggunakan pelbagai kaedah, serta dalam pengiraan yang berkaitan dengan pergerakan minyak dalam pembentukan.
Kelikatan minyak takungan sangat berbeza daripada kelikatan minyak permukaan, kerana ia mengandungi gas terlarut dan berada di bawah keadaan tekanan dan suhu tinggi. Dengan peningkatan jumlah gas dan suhu terlarut, kelikatan minyak berkurangan.
Peningkatan tekanan di bawah tekanan tepu membawa kepada peningkatan dalam faktor gas dan, sebagai akibatnya, kepada penurunan kelikatan. Peningkatan tekanan di atas tekanan tepu untuk minyak takungan membawa kepada peningkatan kelikatan
Apabila berat molekul minyak bertambah, kelikatannya meningkat. Juga, kelikatan minyak sangat dipengaruhi oleh kandungan parafin dan bahan asfalt-resin di dalamnya, biasanya ke arah meningkatkannya.
Kebolehmampatan minyak. Minyak mempunyai keanjalan, iaitu keupayaan untuk menukar isipadunya di bawah pengaruh tekanan luaran. Keanjalan cecair diukur dengan pekali kebolehmampatan, yang ditakrifkan sebagai nisbah perubahan isipadu cecair kepada isipadu asal apabila tekanan berubah:
β P =ΔV/(VΔP) , di mana
ΔV - perubahan isipadu minyak; V – isipadu awal minyak; ΔP - perubahan tekanan
Pekali kebolehmampatan minyak takungan bergantung pada komposisi, kandungan gas terlarut di dalamnya, suhu dan tekanan mutlak.
Minyak yang dinyahgas mempunyai pekali kebolehmampatan yang agak rendah, dari urutan (4-7) * 10 -10 1/Pa, dan minyak ringan yang mengandungi sejumlah besar gas terlarut - sehingga 140 * 10 -10 1/Pa. Semakin tinggi suhu, semakin tinggi pekali kebolehmampatan.
Ketumpatan.
Ketumpatan biasanya merujuk kepada jisim bahan yang terkandung dalam isipadu unit. Sehubungan itu, dimensi kuantiti ini ialah kg/m3 atau g/cm3.
ρ=m/V
Ketumpatan minyak dalam keadaan takungan berkurangan disebabkan oleh gas yang terlarut di dalamnya dan disebabkan oleh peningkatan suhu. Walau bagaimanapun, apabila tekanan berkurangan di bawah tekanan tepu, pergantungan ketumpatan minyak adalah tidak monotonik, dan apabila tekanan meningkat melebihi tekanan tepu, minyak dimampatkan dan ketumpatan meningkat sedikit.
Kelikatan minyak.
Kelikatan mencirikan daya geseran (rintangan dalam) yang timbul di antara dua lapisan bersebelahan di dalam cecair atau gas per unit luas permukaan apabila ia bergerak secara bersama.
Kelikatan minyak ditentukan secara eksperimen menggunakan viskometer VVD-U khas. Prinsip pengendalian viskometer adalah berdasarkan pengukuran masa kejatuhan bola logam dalam cecair yang diuji.
Kelikatan minyak ditentukan oleh formula:
μ = t (ρ w – ρ f) k
t – masa bola jatuh, s
ρ w dan ρ w - ketumpatan bola dan cecair, kg/m 3
k – pemalar viskometer
Peningkatan suhu menyebabkan penurunan kelikatan minyak (Rajah 2.a). Peningkatan tekanan di bawah tekanan tepu membawa kepada peningkatan dalam faktor gas dan, sebagai akibatnya, kepada penurunan kelikatan. Peningkatan tekanan di atas tekanan tepu bagi minyak takungan membawa kepada peningkatan kelikatan (Rajah 2.b).
Nilai kelikatan minimum berlaku apabila tekanan dalam pembentukan menjadi sama dengan tekanan tepu pembentukan.
Kebolehmampatan minyak
Minyak mempunyai keanjalan. Sifat keanjalan minyak dinilai oleh pekali kebolehmampatan minyak. Kebolehmampatan minyak merujuk kepada keupayaan cecair untuk menukar isipadunya di bawah pengaruh tekanan:
β n = (1)
β n – pekali kebolehmampatan minyak, MPa -1-
V n – isipadu awal minyak, m 3
∆V – pengukuran isipadu minyak di bawah pengaruh pengukuran tekanan ∆Р
Pekali kebolehmampatan mencirikan perubahan relatif dalam isipadu unit minyak dengan perubahan tekanan seunit. Ia bergantung kepada komposisi minyak takungan, suhu dan tekanan mutlak. Dengan peningkatan suhu, pekali kebolehmampatan meningkat.
Pekali volum
Pekali isipadu difahamkan sebagai nilai yang menunjukkan berapa kali isipadu minyak dalam keadaan takungan melebihi isipadu minyak yang sama selepas gas dibebaskan di permukaan.
dalam = V pl /V wang
c – pekali isipadu
Vpl danVdeg – isipadu takungan dan minyak nyahgas, m 3
Apabila tekanan berkurangan dari takungan awal p 0 kepada tekanan tepu (segmen ab), pekali isipadu berubah sedikit, kerana minyak dengan gas terlarut di dalamnya berkelakuan di rantau ini seperti cecair mudah mampat lemah biasa, mengembang sedikit apabila tekanan berkurangan.
Apabila tekanan berkurangan, gas dibebaskan secara beransur-ansur daripada minyak dan nisbah isipadu berkurangan. Peningkatan suhu minyak memburukkan keterlarutan gas, yang membawa kepada penurunan pekali isipadu.
Kesan suhu dan tekanan pada ketumpatan gas Gas, tidak seperti cecair titisan, dicirikan oleh kebolehmampatan yang ketara dan nilai pekali pengembangan haba yang tinggi. Kebergantungan ketumpatan gas pada tekanan dan suhu ditentukan oleh persamaan keadaan. Sifat paling mudah ialah gas yang sangat jarang sehingga interaksi antara molekulnya mungkin tidak diambil kira. Ini adalah gas ideal (sempurna) yang mana persamaan Mendeleev-Clapeyron adalah sah:
Pengaruh suhu dan tekanan pada ketumpatan gas p - tekanan mutlak; R - pemalar gas spesifik, berbeza untuk gas yang berbeza, tetapi bebas daripada suhu dan tekanan (untuk udara R = 287 J / (kg K); T - suhu mutlak. Kelakuan gas sebenar dalam keadaan jauh daripada pencairan hanya berbeza sedikit daripada tingkah laku gas sempurna, dan bagi mereka, dalam had yang luas, seseorang boleh menggunakan persamaan keadaan gas sempurna.
Kesan suhu dan tekanan ke atas ketumpatan gas Dalam pengiraan teknikal, ketumpatan gas biasanya diberikan pada keadaan fizikal biasa: T=20°C; p = 101325 Pa. Untuk udara di bawah keadaan ini ρ=1.2 kg/m3 Ketumpatan udara di bawah keadaan lain ditentukan oleh formula:
Pengaruh ke atas ketumpatan gas suhu dan tekanan Mengikut formula ini untuk proses isoterma (T = const): Proses adiabatik ialah proses yang berlaku tanpa pertukaran haba luaran. Untuk proses adiabatik k=ср/сv ialah pemalar adiabatik gas; cp - kapasiti haba gas pada tekanan malar; cv - sama, pada volum tetap.
Kesan suhu dan tekanan ke atas ketumpatan gas Satu ciri penting yang menentukan pergantungan perubahan ketumpatan dengan perubahan tekanan dalam aliran bergerak ialah kelajuan perambatan bunyi a. Dalam medium homogen, kelajuan perambatan bunyi ditentukan daripada ungkapan: Untuk udara a = 330 m/s; untuk karbon dioksida 261 m/s.
Pengaruh suhu dan tekanan ke atas ketumpatan gas Oleh kerana isipadu gas sebahagian besarnya bergantung kepada suhu dan tekanan, kesimpulan yang diperoleh daripada kajian cecair titisan boleh dilanjutkan kepada gas hanya jika, dalam had fenomena yang dipertimbangkan, perubahan dalam tekanan dan suhu adalah tidak ketara. 3 Perbezaan tekanan yang ketara, menyebabkan perubahan ketara dalam ketumpatan gas, boleh timbul apabila ia bergerak pada kelajuan tinggi. Hubungan antara kelajuan pergerakan dan kelajuan bunyi di dalamnya membolehkan seseorang menilai keperluan untuk mengambil kira kebolehmampatan dalam setiap kes tertentu.
Kesan suhu dan tekanan pada ketumpatan gas Jika cecair atau gas bergerak, maka untuk menilai kebolehmampatan mereka tidak menggunakan nilai mutlak kelajuan bunyi, tetapi nombor Mach, sama dengan nisbah kelajuan aliran kepada kelajuan bunyi . M = ν/a Jika nombor Mach jauh lebih kecil daripada kesatuan, maka titisan cecair atau gas boleh dianggap tidak boleh mampat secara praktikal
Keseimbangan gas Jika ketinggian lajur gas adalah rendah, ketumpatannya boleh dianggap sama di sepanjang ketinggian lajur: maka tekanan yang dicipta oleh lajur ini ditentukan oleh persamaan asas hidrostatik. Apabila ketinggian lajur udara adalah tinggi, ketumpatannya pada titik yang berbeza tidak lagi sama, jadi persamaan hidrostatik tidak terpakai dalam kes ini.
Keseimbangan gas Memandangkan persamaan tekanan pembezaan untuk kes rehat mutlak dan menggantikan nilai ketumpatan ke dalamnya, kita mempunyai Untuk mengintegrasikan persamaan ini, adalah perlu untuk mengetahui undang-undang perubahan suhu udara sepanjang ketinggian lajur udara. . Tidak mungkin untuk menyatakan perubahan suhu sebagai fungsi mudah ketinggian atau tekanan, jadi penyelesaian kepada persamaan hanya boleh menjadi anggaran.
Keseimbangan gas Untuk lapisan individu atmosfera, ia boleh diandaikan dengan ketepatan yang mencukupi bahawa perubahan suhu bergantung pada ketinggian (dan untuk lombong - pada kedalaman) berlaku mengikut undang-undang linear: T = T 0 + αz, di mana T dan T 0 ialah suhu udara mutlak, masing-masing, pada ketinggian (kedalaman) z dan di permukaan bumi α ialah kecerunan suhu yang mencirikan perubahan suhu udara dengan peningkatan ketinggian (-α) atau kedalaman (+α) sebanyak 1 m, K/m.
Keseimbangan gas Nilai-nilai pekali α adalah berbeza di kawasan yang berbeza di sepanjang ketinggian di atmosfera atau kedalaman dalam lombong. Di samping itu, ia juga bergantung pada keadaan meteorologi, masa dalam setahun, dan faktor lain. Apabila menentukan suhu dalam troposfera (iaitu sehingga 11000 m), α = 0.0065 K/m biasanya diambil untuk lombong dalam, nilai purata α diambil bersamaan dengan 0.004÷ 0.006 K/m untuk aci kering, untuk aci basah; - 0.01.
Keseimbangan gas Menggantikan formula untuk menukar suhu ke dalam persamaan tekanan pembezaan dan menyepadukannya, kita memperoleh Persamaan diselesaikan untuk H, menggantikan logaritma asli dengan perpuluhan, α dengan nilainya daripada persamaan melalui suhu, R dengan nilai udara bersamaan dengan 287 J/ (kg K); dan gantikan g = 9.81 m/s2.
Keseimbangan gas Hasil daripada tindakan ini, formula barometrik diperoleh H = 29, 3(T-T 0)(log p/p 0)/(log. T 0/T), serta formula untuk menentukan tekanan di mana n ditentukan oleh formula
GERAKAN MANTAP GAS DALAM PAIP Undang-undang pemuliharaan tenaga dalam bentuk mekanikal untuk unsur panjang dx paip bulat dengan diameter d, dengan syarat perubahan ketinggian geodetik adalah kecil berbanding perubahan tekanan piezometrik, mempunyai bentuk Di sini , kehilangan tenaga spesifik akibat geseran diambil mengikut formula Darcy-Weisbach Untuk proses politropik dengan indeks politropik malar n = const dan di bawah andaian bahawa λ = const selepas penyepaduan, hukum taburan tekanan di sepanjang saluran paip gas diperolehi.
PERGERAKAN MANTAP GAS DALAM PAIP Untuk saluran paip gas utama, oleh itu, formula untuk aliran jisim boleh ditulis
PERGERAKAN MANTAP GAS DALAM PAIP M ω Untuk n = 1, formula adalah sah untuk aliran gas isoterma mantap. Pekali rintangan hidraulik λ untuk gas bergantung pada nombor Reynolds boleh dikira menggunakan formula yang digunakan untuk aliran cecair.
Apabila gas hidrokarbon sebenar bergerak, persamaan keadaan digunakan untuk proses isoterma di mana pekali kebolehmampatan z gas hidrokarbon asli ditentukan daripada lengkung eksperimen atau secara analitikal - daripada persamaan anggaran keadaan.
ω
Abstrak mengenai topik:
Ketumpatan udara
Pelan:
- pengenalan
- 1
Hubungan dalam model gas ideal
- 1.1 Suhu, tekanan dan ketumpatan
- 1.2 Kesan kelembapan udara
- 1.3 Kesan ketinggian dalam troposfera
Nota
pengenalan
Ketumpatan udara- jisim gas dalam atmosfera Bumi per unit isipadu atau graviti tentu udara dalam keadaan semula jadi. Magnitud ketumpatan udara ialah fungsi ketinggian ukuran yang diambil, suhu dan kelembapannya. Biasanya nilai standard dianggap sebagai 1.225 kg ⁄ m 3 , yang sepadan dengan ketumpatan udara kering pada 15°C di paras laut.
1. Hubungan dalam model gas ideal
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1.1. Suhu, tekanan dan ketumpatan
Ketumpatan udara kering boleh dikira menggunakan persamaan Clapeyron untuk gas ideal pada suhu tertentu.
dan tekanan: ρ Di sini - ketumpatan udara, hlm - tekanan mutlak, R - pemalar gas khusus untuk udara kering (287.058 J ⁄ (kg K)), T
- - suhu mutlak dalam Kelvin. Oleh itu, dengan penggantian kita mendapat:
- pada suasana standard Kesatuan Kimia Tulen dan Gunaan Antarabangsa (suhu 0°C, tekanan 100 kPa, kelembapan sifar), ketumpatan udara ialah 1.2754 kg ⁄ m³;
pada 20 °C, 101.325 kPa dan udara kering, ketumpatan atmosfera ialah 1.2041 kg ⁄ m³.
Jadual di bawah menunjukkan pelbagai parameter udara, dikira berdasarkan formula asas yang sepadan, bergantung pada suhu (tekanan diambil sebagai 101.325 kPa)
1.2. Kesan kelembapan udara
Kelembapan merujuk kepada kehadiran wap air gas di udara, tekanan separa yang tidak melebihi tekanan wap tepu untuk keadaan atmosfera tertentu. Penambahan wap air ke udara membawa kepada penurunan ketumpatannya, yang dijelaskan oleh jisim molar air yang lebih rendah (18 g ⁄ mol) berbanding dengan jisim molar udara kering (29 g ⁄ mol). Udara lembap boleh dianggap sebagai campuran gas ideal, gabungan ketumpatan setiap satunya membolehkan untuk mendapatkan nilai yang diperlukan untuk campurannya. Tafsiran ini membolehkan nilai ketumpatan ditentukan dengan tahap ralat kurang daripada 0.2% dalam julat suhu dari -10 °C hingga 50 °C dan boleh dinyatakan seperti berikut: - ketumpatan udara, di manakah ketumpatan udara lembap (kg ⁄ m³); d - tekanan mutlak, di manakah ketumpatan udara lembap (kg ⁄ m³);- tekanan separa udara kering (Pa); - pemalar gas khusus untuk udara kering (287.058 J ⁄ (kg K)),- pemalar gas sejagat untuk udara kering (287.058 J ⁄ (kg K)); - ketumpatan udara, - suhu (K); v - tekanan mutlak, - suhu (K);- tekanan wap air (Pa) dan
- pemalar sejagat untuk stim (461.495 J ⁄ (kg K)). Tekanan wap air boleh ditentukan dari kelembapan relatif: - ketumpatan udara, - suhu (K); di mana - ketumpatan udara, sat ialah tekanan separa wap tepu, yang terakhir boleh diwakili sebagai ungkapan mudah berikut:
yang memberikan hasil dalam milibar. Tekanan udara kering - ketumpatan udara, di manakah ketumpatan udara lembap (kg ⁄ m³); ditentukan oleh perbezaan mudah:
- pemalar sejagat untuk stim (461.495 J ⁄ (kg K)). Tekanan wap air boleh ditentukan dari kelembapan relatif: - ketumpatan udara, menandakan tekanan mutlak sistem yang sedang dipertimbangkan.
1.3. Kesan ketinggian dalam troposfera
Kebergantungan tekanan, suhu dan ketumpatan udara pada ketinggian berbanding dengan atmosfera standard ( - ketumpatan udara, 0 =101325 Pa, T0=288.15 K, ρ 0 =1.225 kg/m³).
Untuk mengira ketumpatan udara pada ketinggian tertentu dalam troposfera, parameter berikut boleh digunakan (parameter atmosfera menunjukkan nilai untuk suasana standard):
- tekanan atmosfera standard pada paras laut - - ketumpatan udara, 0 = 101325 Pa;
- suhu standard pada paras laut - T0= 288.15 K;
- pecutan jatuh bebas di atas permukaan bumi - g= 9.80665 m ⁄ saat 2 (untuk pengiraan ini ia dianggap sebagai nilai bebas daripada ketinggian);
- kadar penurunan suhu (Inggeris) Rusia. dengan ketinggian, dalam troposfera - L
- = 0.0065 K ⁄ m; - tekanan mutlak, pemalar gas sejagat -
- = 8.31447 J ⁄ (Mol K); jisim molar udara kering - M
= 0.0289644 kg ⁄ Mol. Untuk troposfera (iaitu kawasan penurunan suhu linear - ini adalah satu-satunya sifat troposfera yang digunakan di sini) suhu pada ketinggian h
di atas paras laut boleh diberikan dengan formula: Untuk troposfera (iaitu kawasan penurunan suhu linear - ini adalah satu-satunya sifat troposfera yang digunakan di sini) suhu pada ketinggian:
Tekanan pada ketinggian
Kemudian ketumpatan boleh dikira dengan menggantikan suhu T dan tekanan P sepadan dengan ketinggian tertentu h ke dalam formula:
Ketiga-tiga formula ini (pergantungan suhu, tekanan dan ketumpatan pada ketinggian) digunakan untuk membina graf yang ditunjukkan di sebelah kanan. Graf dinormalisasi - ia menunjukkan tingkah laku umum parameter. Nilai "Sifar" untuk pengiraan yang betul mesti diganti setiap kali mengikut bacaan instrumen yang sepadan (termometer dan barometer) pada masa ini di paras laut. Persamaan pembezaan terbitan (1.2, 1.4) mengandungi parameter yang mencirikan cecair atau gas: ketumpatan r , kelikatan m , kelikatan , serta parameter medium berliang - pekali keliangan dan kebolehtelapan k
. Untuk pengiraan selanjutnya, adalah perlu untuk mengetahui pergantungan pekali ini pada tekanan. Ketumpatan cecair titisan . Dengan penapisan mantap cecair titisan, ketumpatannya boleh dianggap bebas daripada tekanan, iaitu, cecair boleh dianggap tidak boleh mampat: .
r = const Dalam proses yang tidak stabil, adalah perlu untuk mengambil kira kebolehmampatan cecair, yang dicirikan nisbah mampatan isipadu cecair . Pekali ini biasanya dianggap tetap:
Setelah menyepadukan kesamaan terakhir daripada nilai tekanan awal p 0 dan ketumpatan r 0 kepada nilai semasa, kita dapat:
Dalam kes ini, kita memperoleh pergantungan linear ketumpatan pada tekanan.
Ketumpatan gas. Cecair boleh mampat (gas) dengan perubahan kecil dalam tekanan dan suhu juga boleh dicirikan oleh pekali mampatan isipadu dan pengembangan haba. Tetapi dengan perubahan besar dalam tekanan dan suhu, pekali ini berubah dalam had yang luas, jadi pergantungan ketumpatan gas ideal pada tekanan dan suhu adalah berdasarkan Persamaan keadaan Clayperon–Mendeleev:
- pemalar sejagat untuk stim (461.495 J ⁄ (kg K)). Tekanan wap air boleh ditentukan dari kelembapan relatif: R' = R/M m– pemalar gas, bergantung kepada komposisi gas.
Pemalar gas untuk udara dan metana masing-masing adalah sama, R΄ udara = 287 J/kg K˚; R΄ metana = 520 J/kg K˚.
Persamaan terakhir kadangkala ditulis sebagai:
 | (1.50) |
Daripada persamaan terakhir adalah jelas bahawa ketumpatan gas bergantung kepada tekanan dan suhu, jadi jika ketumpatan gas diketahui, maka perlu untuk menunjukkan tekanan, suhu dan komposisi gas, yang menyusahkan. Oleh itu, konsep keadaan fizikal biasa dan piawai diperkenalkan.
Keadaan biasa sepadan dengan suhu t = 0°C dan tekanan p pada = 0.1013°MPa. Ketumpatan udara dalam keadaan normal adalah sama dengan ρ v.n.us = 1.29 kg/m 3.
Istilah standard sepadan dengan suhu t = 20°C dan tekanan p pada = 0.1013°MPa. Ketumpatan udara di bawah keadaan standard adalah sama dengan ρ w.st.us = 1.22 kg/m 3.
Oleh itu, dari ketumpatan yang diketahui dalam keadaan tertentu, adalah mungkin untuk mengira ketumpatan gas pada nilai tekanan dan suhu lain:
Tidak termasuk suhu takungan, kami memperoleh persamaan keadaan gas ideal, yang akan kami gunakan pada masa hadapan:
- pemalar sejagat untuk stim (461.495 J ⁄ (kg K)). Tekanan wap air boleh ditentukan dari kelembapan relatif: z – pekali yang mencirikan tahap sisihan keadaan gas sebenar daripada undang-undang gas ideal (pekali supermampat) dan bergantung kepada gas tertentu pada tekanan dan suhu z = z(p, T) . Nilai pekali supercompressibility z ditentukan mengikut graf D. Brown.
Kelikatan minyak. Eksperimen menunjukkan bahawa pekali kelikatan minyak (pada tekanan di atas tekanan tepu) dan gas meningkat dengan peningkatan tekanan. Dengan perubahan ketara dalam tekanan (sehingga 100 MPa), pergantungan kelikatan minyak takungan dan gas asli pada tekanan boleh diandaikan sebagai eksponen:
 | (1.56) |
Untuk perubahan kecil dalam tekanan, pergantungan ini adalah linear.
dan tekanan: m 0 – kelikatan pada tekanan tetap p 0 ; β m – pekali ditentukan secara eksperimen dan bergantung kepada komposisi minyak atau gas.
Keliangan takungan. Untuk mengetahui bagaimana pekali keliangan bergantung pada tekanan, mari kita pertimbangkan persoalan tegasan yang bertindak dalam medium berliang yang diisi dengan cecair. Apabila tekanan dalam cecair berkurangan, daya pada rangka medium berliang meningkat, jadi keliangan berkurangan.
Oleh kerana ubah bentuk fasa pepejal yang rendah, biasanya dipercayai bahawa perubahan keliangan bergantung secara linear pada perubahan tekanan. Hukum kebolehmampatan batuan ditulis seperti berikut, memperkenalkan pekali keanjalan isipadu pembentukan b c:
- pemalar sejagat untuk stim (461.495 J ⁄ (kg K)). Tekanan wap air boleh ditentukan dari kelembapan relatif: m 0 – pekali keliangan pada tekanan p 0 .
Eksperimen makmal untuk batu berbutir yang berbeza dan kajian lapangan menunjukkan bahawa pekali keanjalan isipadu pembentukan ialah (0.3 - 2) 10 -10 Pa -1.
Dengan perubahan ketara dalam tekanan, perubahan keliangan diterangkan oleh persamaan:
dan untuk yang besar – eksponen:
 | (1.61) |
Dalam formasi patah, kebolehtelapan berubah bergantung pada tekanan lebih intensif daripada yang berliang, oleh itu, dalam formasi patah, dengan mengambil kira pergantungan k(p) lebih diperlukan daripada yang berbutir.
Persamaan keadaan cecair atau gas yang menepu pembentukan dan medium berliang menutup sistem persamaan pembezaan.
Ketiga-tiga formula ini (pergantungan suhu, tekanan dan ketumpatan pada ketinggian) digunakan untuk membina graf yang ditunjukkan di sebelah kanan. Graf dinormalisasi - ia menunjukkan tingkah laku umum parameter. Nilai "Sifar" untuk pengiraan yang betul mesti diganti setiap kali mengikut bacaan instrumen yang sepadan (termometer dan barometer) pada masa ini di paras laut. Persamaan pembezaan terbitan (1.2, 1.4) mengandungi parameter yang mencirikan cecair atau gas: ketumpatan r , kelikatan m , kelikatan , serta parameter medium berliang - pekali keliangan dan kebolehtelapan k
. Untuk pengiraan selanjutnya, adalah perlu untuk mengetahui pergantungan pekali ini pada tekanan. Ketumpatan cecair titisan . Dengan penapisan mantap cecair titisan, ketumpatannya boleh dianggap bebas daripada tekanan, iaitu, cecair boleh dianggap tidak boleh mampat: .
r = const Dalam proses yang tidak stabil, adalah perlu untuk mengambil kira kebolehmampatan cecair, yang dicirikan nisbah mampatan isipadu cecair . Pekali ini biasanya dianggap tetap:
Setelah menyepadukan kesamaan terakhir daripada nilai tekanan awal p 0 dan ketumpatan r 0 kepada nilai semasa, kita dapat:
Dalam kes ini, kita memperoleh pergantungan linear ketumpatan pada tekanan.
Ketumpatan gas. Cecair boleh mampat (gas) dengan perubahan kecil dalam tekanan dan suhu juga boleh dicirikan oleh pekali mampatan isipadu dan pengembangan haba. Tetapi dengan perubahan besar dalam tekanan dan suhu, pekali ini berubah dalam had yang luas, jadi pergantungan ketumpatan gas ideal pada tekanan dan suhu adalah berdasarkan Persamaan keadaan Clayperon–Mendeleev:
- pemalar sejagat untuk stim (461.495 J ⁄ (kg K)). Tekanan wap air boleh ditentukan dari kelembapan relatif: R' = R/M m– pemalar gas, bergantung kepada komposisi gas.
Pemalar gas untuk udara dan metana masing-masing adalah sama, R΄ udara = 287 J/kg K˚; R΄ metana = 520 J/kg K˚.
Persamaan terakhir kadangkala ditulis sebagai:
 | (1.50) |
Daripada persamaan terakhir adalah jelas bahawa ketumpatan gas bergantung kepada tekanan dan suhu, jadi jika ketumpatan gas diketahui, maka perlu untuk menunjukkan tekanan, suhu dan komposisi gas, yang menyusahkan. Oleh itu, konsep keadaan fizikal biasa dan piawai diperkenalkan.
Keadaan biasa sepadan dengan suhu t = 0°C dan tekanan p pada = 0.1013°MPa. Ketumpatan udara dalam keadaan normal adalah sama dengan ρ v.n.us = 1.29 kg/m 3.
Istilah standard sepadan dengan suhu t = 20°C dan tekanan p pada = 0.1013°MPa. Ketumpatan udara di bawah keadaan standard adalah sama dengan ρ w.st.us = 1.22 kg/m 3.
Oleh itu, dari ketumpatan yang diketahui dalam keadaan tertentu, adalah mungkin untuk mengira ketumpatan gas pada nilai tekanan dan suhu lain:
Tidak termasuk suhu takungan, kami memperoleh persamaan keadaan gas ideal, yang akan kami gunakan pada masa hadapan:
- pemalar sejagat untuk stim (461.495 J ⁄ (kg K)). Tekanan wap air boleh ditentukan dari kelembapan relatif: z – pekali yang mencirikan tahap sisihan keadaan gas sebenar daripada undang-undang gas ideal (pekali supermampat) dan bergantung kepada gas tertentu pada tekanan dan suhu z = z(p, T) . Nilai pekali supercompressibility z ditentukan mengikut graf D. Brown.
Kelikatan minyak. Eksperimen menunjukkan bahawa pekali kelikatan minyak (pada tekanan di atas tekanan tepu) dan gas meningkat dengan peningkatan tekanan. Dengan perubahan ketara dalam tekanan (sehingga 100 MPa), pergantungan kelikatan minyak takungan dan gas asli pada tekanan boleh diandaikan sebagai eksponen:
 | (1.56) |
Untuk perubahan kecil dalam tekanan, pergantungan ini adalah linear.
dan tekanan: m 0 – kelikatan pada tekanan tetap p 0 ; β m – pekali ditentukan secara eksperimen dan bergantung kepada komposisi minyak atau gas.
Keliangan takungan. Untuk mengetahui bagaimana pekali keliangan bergantung pada tekanan, mari kita pertimbangkan persoalan tegasan yang bertindak dalam medium berliang yang diisi dengan cecair. Apabila tekanan dalam cecair berkurangan, daya pada rangka medium berliang meningkat, jadi keliangan berkurangan.
Oleh kerana ubah bentuk fasa pepejal yang rendah, biasanya dipercayai bahawa perubahan keliangan bergantung secara linear pada perubahan tekanan. Hukum kebolehmampatan batuan ditulis seperti berikut, memperkenalkan pekali keanjalan isipadu pembentukan b c:
- pemalar sejagat untuk stim (461.495 J ⁄ (kg K)). Tekanan wap air boleh ditentukan dari kelembapan relatif: m 0 – pekali keliangan pada tekanan p 0 .
Eksperimen makmal untuk batu berbutir yang berbeza dan kajian lapangan menunjukkan bahawa pekali keanjalan isipadu pembentukan ialah (0.3 - 2) 10 -10 Pa -1.
Dengan perubahan ketara dalam tekanan, perubahan keliangan diterangkan oleh persamaan:
dan untuk yang besar – eksponen:
 | (1.61) |
Dalam formasi patah, kebolehtelapan berubah bergantung pada tekanan lebih intensif daripada yang berliang, oleh itu, dalam formasi patah, dengan mengambil kira pergantungan k(p) lebih diperlukan daripada yang berbutir.
Persamaan keadaan cecair atau gas yang menepu pembentukan dan medium berliang menutup sistem persamaan pembezaan.
muka surat 5
Suhu mutlak
Adalah mudah untuk melihat bahawa tekanan gas yang tertutup dalam isipadu tetap tidak berkadar terus dengan suhu yang diukur pada skala Celsius. Ini jelas, sebagai contoh, daripada jadual yang diberikan dalam bab sebelumnya. Jika pada 100°C tekanan gas ialah 1.37 kg/cm2, maka pada 200°C ialah 1.73 kg/cm2. Suhu yang diukur oleh termometer Celsius meningkat dua kali ganda, tetapi tekanan gas meningkat hanya 1.26 kali. Tidak ada yang mengejutkan, sudah tentu, dalam hal ini, kerana skala termometer Celsius ditetapkan sewenang-wenangnya, tanpa sebarang kaitan dengan undang-undang pengembangan gas. Walau bagaimanapun, adalah mungkin, menggunakan undang-undang gas, untuk mewujudkan skala suhu sedemikian sehingga tekanan gas akan berkadar terus dengan suhu yang diukur pada skala baharu ini. Sifar pada skala baharu ini dipanggil sifar mutlak. Nama ini diterima pakai kerana, seperti yang dibuktikan oleh ahli fizik Inggeris Kelvin (William Thomson) (1824-1907), tiada jasad yang boleh disejukkan di bawah suhu ini.
Selaras dengan ini, skala baru ini dipanggil skala suhu mutlak. Oleh itu, sifar mutlak menunjukkan suhu bersamaan dengan -273° Celsius dan mewakili suhu di bawahnya yang mana tiada jasad boleh disejukkan dalam apa jua keadaan. Suhu yang dinyatakan sebagai 273°+t1 mewakili suhu mutlak jasad yang mempunyai suhu pada skala Celsius bersamaan dengan t1. Suhu mutlak biasanya dilambangkan dengan huruf T. Oleh itu, 2730+t1=T1. Skala suhu mutlak selalunya dipanggil skala Kelvin dan ditulis T° K. Berdasarkan perkara di atas
Keputusan yang diperoleh boleh dinyatakan dalam perkataan: tekanan jisim gas tertentu yang tertutup dalam isipadu malar adalah berkadar terus dengan suhu mutlak. Ini adalah ungkapan baru undang-undang Charles.
Formula (6) juga mudah digunakan dalam kes apabila tekanan pada 0°C tidak diketahui.
Isipadu gas dan suhu mutlak
Daripada formula (6), kita boleh mendapatkan formula berikut:
Isipadu jisim gas tertentu pada tekanan malar adalah berkadar terus dengan suhu mutlak. Ini adalah ungkapan baharu undang-undang Gay-Lussac.
Kebergantungan ketumpatan gas pada suhu
Apakah yang berlaku kepada ketumpatan jisim gas tertentu jika suhu meningkat tetapi tekanan kekal tidak berubah?
Ingat bahawa ketumpatan adalah sama dengan jisim badan dibahagikan dengan isipadu. Oleh kerana jisim gas adalah malar, apabila dipanaskan, ketumpatan gas berkurangan seberapa banyak jumlahnya meningkat.
Seperti yang kita ketahui, isipadu gas adalah berkadar terus dengan suhu mutlak jika tekanan kekal malar. Akibatnya, ketumpatan gas pada tekanan malar adalah berkadar songsang dengan suhu mutlak. Jika d1 dan d2 ialah ketumpatan gas pada suhu t1 dan t2, maka hubungannya kekal
Undang-undang gas bersatu
Kami mempertimbangkan kes apabila salah satu daripada tiga kuantiti yang mencirikan keadaan gas (tekanan, suhu dan isipadu) tidak berubah. Kita telah melihat bahawa jika suhu adalah malar, maka tekanan dan isipadu adalah berkaitan antara satu sama lain oleh undang-undang Boyle-Mariotte; jika isipadu adalah malar, maka tekanan dan suhu dikaitkan dengan undang-undang Charles; Jika tekanan adalah malar, maka isipadu dan suhu adalah berkaitan dengan hukum Gay-Lussac. Mari kita wujudkan hubungan antara tekanan, isipadu dan suhu bagi jisim gas tertentu jika ketiga-tiga kuantiti ini berubah.
Biarkan isipadu awal, tekanan dan suhu mutlak jisim gas tertentu bersamaan dengan V1, P1 dan T1, dan yang terakhir - V2, P2 dan T2 - Anda boleh bayangkan bahawa peralihan daripada keadaan awal kepada keadaan akhir berlaku dalam dua peringkat. Mari, sebagai contoh, mula-mula menukar isipadu gas daripada V1 kepada V2, dan suhu T1 kekal tidak berubah. Tekanan gas yang terhasil akan dilambangkan dengan Pav Kemudian suhu berubah dari T1 ke T2 pada isipadu tetap, dan tekanan berubah dari Pav. kepada P. Mari kita buat jadual:
Undang-undang Boyle - Mariotte
Undang-undang Charles
Berubah, untuk peralihan pertama kami menulis undang-undang Boyle-Mariotte
Menggunakan undang-undang Charles pada peralihan kedua, kita boleh menulis
Mendarabkan istilah kesamaan ini dengan sebutan dan mengurangkan dengan Pcp kita dapat:
Jadi, hasil darab isipadu jisim gas tertentu dan tekanannya adalah berkadar dengan suhu mutlak gas tersebut. Ini ialah undang-undang bersatu keadaan gas atau persamaan keadaan gas.
Undang-undang Dalton
Sehingga kini, kita telah bercakap tentang tekanan mana-mana satu gas - oksigen, hidrogen, dll. Tetapi dalam alam semula jadi dan dalam teknologi, kita sering berurusan dengan campuran beberapa gas. Contoh yang paling penting ialah udara, yang merupakan campuran nitrogen, oksigen, argon, karbon dioksida dan gas lain. Apakah bergantung kepada tekanan campuran gas?
Letakkan dalam kelalang sekeping bahan yang mengikat oksigen dari udara secara kimia (contohnya, fosforus), dan cepat tutup kelalang dengan penyumbat dan tiub. disambungkan kepada manometer merkuri. Selepas beberapa lama, semua oksigen di udara akan bergabung dengan fosforus. Kita akan melihat bahawa tolok tekanan akan menunjukkan tekanan yang kurang daripada sebelum oksigen dikeluarkan. Ini bermakna kehadiran oksigen dalam udara meningkatkan tekanannya.
Kajian yang tepat tentang tekanan campuran gas mula-mula dijalankan oleh ahli kimia Inggeris John Dalton (1766-1844) pada tahun 1809. Tekanan yang akan dimiliki oleh setiap gas yang membentuk campuran jika gas-gas lain dikeluarkan dari isipadu yang diduduki oleh campuran dipanggil tekanan separa gas ini. Dalton mendapati bahawa tekanan campuran gas adalah sama dengan jumlah tekanan separanya (undang-undang Dalton). Ambil perhatian bahawa undang-undang Dalton tidak boleh digunakan untuk gas yang sangat mampat, sama seperti undang-undang Boyle-Mariotte.