Sifa ya kifizikia ya mafuta na vigezo vinavyoitambulisha: wiani, mnato, mgandamizo, mgawo wa volumetric. Utegemezi wao juu ya joto na shinikizo
Mali ya kimwili ya mafuta ya hifadhi ni tofauti sana na mali ya mafuta ya uso, ambayo imedhamiriwa na ushawishi wa joto, shinikizo na gesi iliyoharibika. Mabadiliko katika mali ya kimwili ya mafuta ya malezi yanayohusiana na hali ya thermodynamic ya uwepo wao katika uundaji huzingatiwa wakati wa kuhesabu hifadhi ya mafuta na gesi ya mafuta, wakati wa kubuni, maendeleo na uendeshaji wa mashamba ya mafuta.
Msongamano mafuta ya degassed hutofautiana sana - kutoka 600 hadi 1000 kg / m 3 au zaidi na inategemea hasa utungaji wa hidrokaboni na maudhui ya vitu vya asphalt-resin.
Uzito wa mafuta katika hali ya hifadhi inategemea kiasi cha gesi iliyoyeyuka, joto na shinikizo. Kwa shinikizo la kuongezeka, wiani huongezeka kidogo, na kwa ongezeko la mambo mengine mawili, hupungua. Ushawishi wa mambo ya mwisho ni mkubwa zaidi. Msongamano wa mafuta yaliyojaa nitrojeni au dioksidi kaboni huongezeka kidogo na shinikizo la kuongezeka.
Ushawishi wa kiasi cha gesi kufutwa na joto ni nguvu zaidi. Kwa hiyo, wiani wa gesi ni hatimaye daima chini ya wiani wa mafuta ya degassed juu ya uso. Shinikizo linapoongezeka, wiani wa mafuta hupungua kwa kiasi kikubwa, ambayo ni kutokana na kueneza kwa mafuta na gesi. Kuongezeka kwa shinikizo juu ya shinikizo la kueneza kwa mafuta na gesi huchangia ongezeko kidogo la wiani wa mafuta.
Uzito wa maji ya malezi, pamoja na shinikizo, joto na gesi iliyoyeyuka, huathiriwa sana na chumvi zao. Wakati mkusanyiko wa chumvi katika maji ya malezi ni 643 kg/m 3, wiani wake hufikia 1450 kg/m 3.
Mgawo wa sauti. Wakati gesi hupasuka katika kioevu, kiasi chake huongezeka. Uwiano wa kiasi cha kioevu na gesi iliyoyeyushwa ndani yake chini ya hali ya hifadhi hadi kiasi cha kioevu sawa juu ya uso baada ya kufuta gesi inaitwa mgawo wa volumetric.
b=V PL / V POV
ambapo VPL ni kiasi cha mafuta katika hali ya hifadhi; V POV ni ujazo wa mafuta sawa kwenye shinikizo la angahewa na t=20°C baada ya kuondoa gesi.
Kwa kuwa kiasi kikubwa sana cha gesi ya hidrokaboni inaweza kufutwa katika mafuta (hata 1000 au zaidi m3 katika 1 m3 ya mafuta), kulingana na hali ya thermodynamic, mgawo wa volumetric wa mafuta unaweza kufikia 3.5 au zaidi. Coefficients ya volumetric kwa maji ya malezi ni 0.99-1.06.
Kupungua kwa kiasi cha mafuta yaliyopatikana ikilinganishwa na kiasi cha mafuta kwenye hifadhi, kilichoonyeshwa kwa asilimia, inaitwa "kupungua."
u=(b-1) / b *100%
Wakati shinikizo linapungua kutoka kwa hifadhi ya awali p 0 hadi shinikizo la kueneza, mgawo wa volumetric hubadilika kidogo, kwa sababu mafuta yenye gesi iliyoyeyushwa ndani yake hufanya kazi katika eneo hili kama kioevu cha kawaida kisichoweza kubanwa, hupanuka kidogo kadiri shinikizo linavyopungua. Wakati shinikizo linapungua, gesi hutolewa hatua kwa hatua kutoka kwa mafuta na uwiano wa volumetric hupungua. Kuongezeka kwa joto la mafuta hudhuru umumunyifu wa gesi, ambayo husababisha kupungua kwa mgawo wa volumetric
Mnato. Moja ya sifa muhimu zaidi za mafuta ni mnato. Mnato wa mafuta huzingatiwa katika karibu mahesabu yote ya hydrodynamic yanayohusiana na kuinua maji kupitia bomba, kusafisha kisima, kusafirisha bidhaa za kisima kupitia bomba la ndani, usindikaji wa maeneo ya shimo la chini la uundaji kwa kutumia njia anuwai, na vile vile katika mahesabu yanayohusiana. harakati ya mafuta katika malezi.
Mnato wa mafuta ya hifadhi ni tofauti sana na mnato wa mafuta ya uso, kwani ina gesi iliyoyeyuka na iko chini ya hali ya shinikizo la juu na joto. Kwa ongezeko la kiasi cha gesi iliyoharibika na joto, viscosity ya mafuta hupungua.
Kuongezeka kwa shinikizo chini ya shinikizo la kueneza husababisha kuongezeka kwa sababu ya gesi na, kwa sababu hiyo, kupungua kwa viscosity. Kuongezeka kwa shinikizo juu ya shinikizo la kueneza kwa mafuta ya hifadhi husababisha ongezeko la viscosity
Wakati uzito wa Masi ya mafuta huongezeka, mnato wake huongezeka. Pia, mnato wa mafuta huathiriwa sana na maudhui ya parafini na vitu vya asphalt-resin ndani yake, kwa kawaida katika mwelekeo wa kuongeza.
Ukandamizaji wa mafuta. Mafuta yana elasticity, i.e. uwezo wa kubadilisha kiasi chake chini ya ushawishi wa shinikizo la nje. Unyumbufu wa kioevu hupimwa na mgawo wa mgandamizo, ambao hufafanuliwa kama uwiano wa mabadiliko katika kiasi cha kioevu hadi kiasi chake cha awali wakati shinikizo linabadilika:
β P =ΔV/(VΔP) , wapi
ΔV - mabadiliko ya kiasi cha mafuta; V - kiasi cha awali cha mafuta; ΔP - mabadiliko ya shinikizo
Mgawo wa ukandamizaji wa mafuta ya hifadhi hutegemea muundo, maudhui ya gesi iliyoyeyuka ndani yake, joto na shinikizo kabisa.
Mafuta yaliyoharibiwa yana mgawo wa chini wa ukandamizaji, wa utaratibu wa (4-7) * 10 -10 1/Pa, na mafuta ya mwanga yenye kiasi kikubwa cha gesi iliyoharibika - hadi 140 * 10 -10 1/Pa. Kadiri halijoto inavyokuwa juu, ndivyo mgawo wa mgandamizo unavyoongezeka.
Msongamano.
Msongamano kawaida hurejelea wingi wa dutu iliyo katika ujazo wa kitengo. Kwa hiyo, kipimo cha kiasi hiki ni kg/m3 au g/cm3.
ρ=m/V
Uzito wa mafuta katika hali ya hifadhi hupungua kutokana na gesi kufutwa ndani yake na kutokana na ongezeko la joto. Hata hivyo, wakati shinikizo linapungua chini ya shinikizo la kueneza, utegemezi wa wiani wa mafuta sio monotoniki, na wakati shinikizo linaongezeka juu ya shinikizo la kueneza, mafuta yanasisitizwa na wiani huongezeka kidogo.
Mnato wa mafuta.
Mnato ni sifa ya nguvu ya msuguano (upinzani wa ndani) unaotokea kati ya tabaka mbili zilizo karibu ndani ya kioevu au gesi kwa kila eneo la uso wa kitengo wakati zinasonga pande zote.
Mnato wa mafuta imedhamiriwa kwa majaribio kwa kutumia viscometer maalum ya VVD-U. Kanuni ya uendeshaji wa viscometer inategemea kupima wakati wa kuanguka kwa mpira wa chuma kwenye kioevu kinachojaribiwa.
Mnato wa mafuta imedhamiriwa na formula:
μ = t (ρ w – ρ f) k
t - wakati wa kuanguka kwa mpira, s
ρ w na ρ w - wiani wa mpira na kioevu, kg/m 3
k - viscometer mara kwa mara
Kuongezeka kwa joto husababisha kupungua kwa viscosity ya mafuta (Mchoro 2.a). Kuongezeka kwa shinikizo chini ya shinikizo la kueneza husababisha kuongezeka kwa sababu ya gesi na, kwa sababu hiyo, kupungua kwa viscosity. Kuongezeka kwa shinikizo juu ya shinikizo la kueneza kwa mafuta ya hifadhi husababisha ongezeko la viscosity (Mchoro 2.b).
Thamani ya chini ya mnato hutokea wakati shinikizo katika malezi inakuwa sawa na shinikizo la kueneza malezi.
Ukandamizaji wa mafuta
Mafuta yana elasticity. Mali ya elastic ya mafuta yanatathminiwa na mgawo wa ukandamizaji wa mafuta. Ukandamizaji wa mafuta unahusu uwezo wa kioevu kubadilisha kiasi chake chini ya ushawishi wa shinikizo:
β n = (1)
β n - mgawo wa kubana mafuta, MPa -1-
V n - kiasi cha awali cha mafuta, m 3
∆V - kipimo cha kiasi cha mafuta chini ya ushawishi wa kipimo cha shinikizo ∆Р
Mgawo wa kubana unaashiria mabadiliko ya jamaa katika kiasi cha mafuta na mabadiliko ya shinikizo kwa kila kitengo. Inategemea muundo wa mafuta ya hifadhi, joto na shinikizo kabisa. Kwa kuongezeka kwa joto, mgawo wa kubana huongezeka.
Mgawo wa sauti
Mgawo wa ujazo unaeleweka kama thamani inayoonyesha ni mara ngapi kiasi cha mafuta katika hali ya hifadhi kinazidi kiwango cha mafuta sawa baada ya gesi kutolewa juu ya uso.
katika = V pl / V pesa
c - mgawo wa volumetric
Vpl na Vdeg - ujazo wa hifadhi na mafuta ya degassed, m 3
Wakati shinikizo linapungua kutoka kwa hifadhi ya awali p 0 hadi shinikizo la kueneza (sehemu ya ab), mgawo wa volumetric hubadilika kidogo, kwa sababu mafuta yenye gesi iliyoyeyushwa ndani yake hufanya kazi katika eneo hili kama kioevu cha kawaida kisichoweza kubanwa, hupanuka kidogo kadiri shinikizo linavyopungua.
Wakati shinikizo linapungua, gesi hutolewa hatua kwa hatua kutoka kwa mafuta na uwiano wa volumetric hupungua. Kuongezeka kwa joto la mafuta hudhuru umumunyifu wa gesi, ambayo husababisha kupungua kwa mgawo wa volumetric.
Athari ya hali ya joto na shinikizo kwenye msongamano wa gesi Gesi, tofauti na vinywaji vya matone, zina sifa ya ukandamizaji mkubwa na maadili ya juu ya mgawo wa upanuzi wa mafuta. Utegemezi wa wiani wa gesi kwenye shinikizo na joto huanzishwa na equation ya serikali. Sifa rahisi zaidi ni zile za gesi ambayo haipatikani sana hivi kwamba mwingiliano kati ya molekuli zake hauwezi kuzingatiwa. Hii ni gesi bora (kamili) ambayo mlinganyo wa Mendeleev-Clapeyron ni halali:
Ushawishi wa joto na shinikizo kwenye wiani wa gesi p - shinikizo kabisa; R - maalum ya gesi mara kwa mara, tofauti kwa gesi tofauti, lakini huru ya joto na shinikizo (kwa hewa R = 287 J / (kg K); T - joto kabisa. Tabia ya gesi halisi katika hali mbali na liquefaction inatofautiana kidogo tu na tabia ya gesi kamilifu, na kwao, ndani ya mipaka pana, mtu anaweza kutumia equations ya hali ya gesi kamilifu.
Athari ya joto na shinikizo kwenye wiani wa gesi Katika mahesabu ya kiufundi, wiani wa gesi kawaida hutolewa katika hali ya kawaida ya kimwili: T = 20 ° C; p = 101325 Pa. Kwa hewa chini ya hali hizi ρ=1.2 kg/m3. Uzito wa hewa chini ya hali nyingine imedhamiriwa na fomula:
Athari ya joto na shinikizo kwenye msongamano wa gesi Kulingana na fomula hii ya mchakato wa isothermal (T = const): Mchakato wa adiabatic ni mchakato unaotokea bila kubadilishana joto la nje. Kwa mchakato wa adiabatic k=ср/сv ni mara kwa mara ya adiabatic ya gesi; cp - uwezo wa joto wa gesi kwa shinikizo la mara kwa mara; cv - sawa, kwa kiasi cha mara kwa mara.
Athari ya joto na shinikizo kwenye wiani wa gesi Tabia muhimu ambayo huamua utegemezi wa mabadiliko katika wiani na mabadiliko ya shinikizo katika mtiririko wa kusonga ni kasi ya uenezi wa sauti a. Katika kati ya homogeneous, kasi ya uenezi wa sauti imedhamiriwa kutoka kwa maneno: Kwa hewa a = 330 m / s; kwa dioksidi kaboni 261 m / s.
Ushawishi wa halijoto na shinikizo kwenye msongamano wa gesi Kwa kuwa kiasi cha gesi kwa kiasi kikubwa inategemea joto na shinikizo, hitimisho lililopatikana kutokana na utafiti wa vinywaji vya matone linaweza kupanuliwa kwa gesi ikiwa tu, ndani ya mipaka ya jambo linalozingatiwa, mabadiliko katika shinikizo na joto ni duni. 3 Tofauti kubwa ya shinikizo, na kusababisha mabadiliko makubwa katika wiani wa gesi, inaweza kutokea wakati wa kusonga kwa kasi ya juu. Uhusiano kati ya kasi ya harakati na kasi ya sauti ndani yake inaruhusu mtu kuhukumu haja ya kuzingatia ukandamizaji katika kila kesi maalum.
Athari ya joto na shinikizo kwenye msongamano wa gesi Ikiwa kioevu au gesi inasonga, basi kutathmini ukandamizaji hawatumii thamani kamili ya kasi ya sauti, lakini nambari ya Mach, sawa na uwiano wa kasi ya mtiririko kwa kasi ya sauti. . M = ν/a Ikiwa nambari ya Mach ni kidogo sana kuliko umoja, basi kioevu au gesi inaweza kuzingatiwa kuwa haiwezi kubatilika.
Msawazo wa gesi Ikiwa urefu wa safu ya gesi ni ya chini, wiani wake unaweza kuchukuliwa kuwa sawa pamoja na urefu wa safu: basi shinikizo linaloundwa na safu hii imedhamiriwa na equation ya msingi ya hydrostatics. Wakati urefu wa safu ya hewa ni ya juu, wiani wake kwa pointi tofauti haufanani tena, hivyo equation ya hydrostatic haitumiki katika kesi hii.
Usawa wa gesi Kwa kuzingatia usawa wa shinikizo la tofauti kwa kesi ya kupumzika kabisa na kubadilisha thamani ya msongamano ndani yake, tunayo Ili kuunganisha usawa huu, ni muhimu kujua sheria ya mabadiliko ya joto la hewa pamoja na urefu wa safu ya hewa. . Haiwezekani kueleza mabadiliko ya joto kama kazi rahisi ya urefu au shinikizo, hivyo ufumbuzi wa equation inaweza tu kuwa takriban.
Msawazo wa gesi Kwa tabaka za kibinafsi za anga, inaweza kuzingatiwa kwa usahihi wa kutosha kwamba mabadiliko ya joto kulingana na urefu (na kwa mgodi - kwa kina) hutokea kulingana na sheria ya mstari: T = T 0 + αz, ambapo T na T 0 ni joto kamili la hewa, kwa mtiririko huo, kwa urefu (kina) z na juu ya uso wa dunia α ni gradient ya joto inayoonyesha mabadiliko ya joto la hewa na ongezeko la urefu (-α) au kina (+α) kwa mita 1, K/m.
Usawa wa gesi Thamani za mgawo α ni tofauti katika maeneo tofauti kando ya urefu katika angahewa au kina ndani ya mgodi. Kwa kuongeza, pia hutegemea hali ya hali ya hewa, wakati wa mwaka, na mambo mengine. Wakati wa kuamua hali ya joto ndani ya troposphere (yaani hadi 11000 m), α = 0.0065 K/m kawaida huchukuliwa; kwa migodi ya kina, thamani ya wastani ya α inachukuliwa sawa na 0.004÷ 0.006 K/m kwa shafts kavu, kwa mvua. - 0.01.
Usawa wa gesi Kubadilisha fomula ya kubadilisha halijoto kuwa mlingano wa shinikizo la kutofautisha na kuiunganisha, tunapata Mlinganyo hutatuliwa kwa H, ikibadilisha logariti za asili na zile za desimali, α na thamani yake kutoka kwa mlinganyo kupitia halijoto, R na thamani ya hewa. sawa na 287 J/ (kg K); na mbadala g = 9.81 m/s2.
Msawazo wa gesi Kutokana na vitendo hivi, formula ya barometriki hupatikana H = 29, 3 (T-T 0) (logi p/p 0)/(logi. T 0/T), pamoja na formula ya kuamua shinikizo ambapo n. imedhamiriwa na formula
MWENENDO IMARA WA GESI KATIKA MABOMBA Sheria ya uhifadhi wa nishati katika fomu ya mitambo kwa kipengele cha urefu wa dx ya bomba la mviringo yenye kipenyo d, mradi tu mabadiliko ya urefu wa geodetic ni ndogo ikilinganishwa na mabadiliko ya shinikizo la piezometric, ina fomu Hapa. , hasara maalum ya nishati kutokana na msuguano inachukuliwa kulingana na formula ya Darcy-Weisbach Kwa mchakato wa polytropic na index ya mara kwa mara ya polytropic n = const na chini ya kudhani kuwa λ = const baada ya kuunganishwa, sheria ya usambazaji wa shinikizo pamoja na bomba la gesi hupatikana.
HARAKATI IMARA ZA GESI KATIKA MABOMBA Kwa mabomba kuu ya gesi, kwa hivyo, formula ya mtiririko wa wingi inaweza kuandikwa.
KUSONGA IMARA KWA GESI KATIKA PIPE M ω Kwa n = 1, fomula ni halali kwa mtiririko thabiti wa gesi ya isothermal. Mgawo wa upinzani wa majimaji λ kwa gesi kulingana na nambari ya Reynolds unaweza kuhesabiwa kwa kutumia fomula zinazotumiwa kwa mtiririko wa kioevu.
Gesi halisi za hidrokaboni zinaposonga, mlinganyo wa hali hutumika kwa mchakato wa isothermal ambapo mgawo wa mgandamizo z wa gesi asilia ya hidrokaboni hubainishwa kutoka kwa mipingo ya majaribio au kiuchambuzi - kutoka kwa takriban milinganyo ya serikali.
ω
Muhtasari juu ya mada:
Uzito wa hewa
Mpango:
- Utangulizi
- 1
Mahusiano ndani ya mfano bora wa gesi
- 1.1 Joto, shinikizo na wiani
- 1.2 Athari ya unyevu wa hewa
- 1.3 Athari ya urefu katika troposphere
Vidokezo
Utangulizi
Uzito wa hewa- wingi wa gesi katika angahewa ya Dunia kwa ujazo wa kitengo au uzito maalum wa hewa chini ya hali ya asili. Ukubwa msongamano wa hewa ni kazi ya urefu wa vipimo vilivyochukuliwa, joto lake na unyevu. Kawaida thamani ya kawaida inachukuliwa kuwa 1.225 kg ⁄ m 3 , ambayo inafanana na msongamano wa hewa kavu saa 15 ° C kwenye usawa wa bahari.
1. Mahusiano ndani ya mfano bora wa gesi
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1.1. Joto, shinikizo na wiani
Msongamano wa hewa kavu unaweza kuhesabiwa kwa kutumia mlinganyo wa Clapeyron kwa gesi bora kwa joto fulani. na shinikizo:
Hapa ρ - wiani wa hewa, uk- shinikizo kabisa, R- gesi maalum ya kudumu kwa hewa kavu (287.058 J ⁄ (kg K)), T- joto kabisa katika Kelvin. Kwa hivyo, kwa uingizwaji tunapata:
- katika hali ya kawaida ya Muungano wa Kimataifa wa Kemia Safi na Inayotumika (joto 0°C, shinikizo la kPa 100, unyevu wa sifuri), msongamano wa hewa ni 1.2754 kg ⁄ m³;
- ifikapo 20 °C, 101.325 kPa na hewa kavu, msongamano wa angahewa ni 1.2041 kg ⁄ m³.
Jedwali hapa chini linaonyesha vigezo mbalimbali vya hewa, vilivyohesabiwa kwa misingi ya kanuni za msingi zinazolingana, kulingana na hali ya joto (shinikizo lililochukuliwa kama 101.325 kPa)
1.2. Athari ya unyevu wa hewa
Unyevu hurejelea uwepo wa mvuke wa maji ya gesi angani, shinikizo la sehemu ambayo haizidi shinikizo la mvuke uliojaa kwa hali fulani ya anga. Kuongeza mvuke wa maji kwa hewa husababisha kupungua kwa wiani wake, ambayo inaelezwa na molekuli ya chini ya molar ya maji (18 g ⁄ mol) ikilinganishwa na molekuli ya molar ya hewa kavu (29 g ⁄ mol). Hewa yenye unyevunyevu inaweza kuzingatiwa kama mchanganyiko wa gesi bora, mchanganyiko wa msongamano wa kila moja ambayo inaruhusu kupata thamani inayotakiwa kwa mchanganyiko wao. Ufafanuzi huu huruhusu thamani ya msongamano kubainishwa kwa kiwango cha makosa cha chini ya 0.2% katika kiwango cha joto kutoka -10 °C hadi 50 °C na inaweza kuonyeshwa kama ifuatavyo:
msongamano wa hewa yenye unyevunyevu uko wapi (kg ⁄ m³); uk d- shinikizo la sehemu ya hewa kavu (Pa); R d- mara kwa mara gesi ya ulimwengu kwa hewa kavu (287.058 J ⁄ (kg K)); T- joto (K); uk v- shinikizo la mvuke wa maji (Pa) na R v- mara kwa mara kwa mvuke (461.495 J ⁄ (kg K)). Shinikizo la mvuke wa maji linaweza kuamua kutoka kwa unyevu wa jamaa:
Wapi uk v- shinikizo la mvuke wa maji; φ - unyevu wa jamaa na uk sat ni shinikizo la sehemu ya mvuke iliyojaa, ya mwisho inaweza kuwakilishwa kama usemi uliorahisishwa ufuatao:
ambayo inatoa matokeo katika millibars. Shinikizo la hewa kavu uk d imedhamiriwa na tofauti rahisi:
Wapi uk inaashiria shinikizo kabisa la mfumo unaozingatiwa.
1.3. Athari ya urefu katika troposphere
Utegemezi wa shinikizo, joto na msongamano wa hewa kwenye urefu ikilinganishwa na angahewa ya kawaida ( uk 0 =101325 Pa, T0=288.15 K, ρ 0 =1.225 kg/m³).
Ili kuhesabu msongamano wa hewa kwa urefu fulani katika troposphere, vigezo vifuatavyo vinaweza kutumika (vigezo vya anga vinaonyesha thamani ya anga ya kawaida):
- kiwango cha shinikizo la anga katika usawa wa bahari - uk 0 = 101325 Pa;
- kiwango cha joto katika usawa wa bahari - T0= 288.15 K;
- kuongeza kasi ya kuanguka bure juu ya uso wa Dunia - g= 9.80665 m ⁄ sec 2 (kwa mahesabu haya inachukuliwa kuwa thamani ya kujitegemea kwa urefu);
- kiwango cha kushuka kwa joto (Kiingereza) Kirusi. na urefu, ndani ya troposphere - L= 0.0065 K ⁄ m;
- gesi ya ulimwengu wote - R= 8.31447 J ⁄ (Mol K);
- molekuli ya molar ya hewa kavu - M= 0.0289644 kilo ⁄ Mol.
Kwa troposphere (yaani eneo la kupungua kwa joto kwa mstari - hii ndiyo mali pekee ya troposphere inayotumiwa hapa) joto kwa urefu. h juu ya usawa wa bahari inaweza kutolewa kwa formula:
Shinikizo katika urefu h:
Kisha msongamano unaweza kuhesabiwa kwa kubadilisha hali ya joto T na shinikizo P inayolingana na urefu fulani h kwenye fomula:
Njia hizi tatu (utegemezi wa halijoto, shinikizo na msongamano juu ya urefu) hutumiwa kuunda grafu zilizoonyeshwa upande wa kulia. Grafu ni za kawaida - zinaonyesha tabia ya jumla ya vigezo. Thamani za "sifuri" kwa mahesabu sahihi lazima zibadilishwe kila wakati kwa mujibu wa usomaji wa vyombo vinavyolingana (kipimajoto na barometer) kwa sasa kwenye usawa wa bahari.
Milinganyo ya tofauti inayotokana (1.2, 1.4) ina vigezo vinavyobainisha kioevu au gesi: msongamano. r , mnato m , pamoja na vigezo vya coefficients ya porous kati - porosity m na upenyezaji k . Kwa mahesabu zaidi, ni muhimu kujua utegemezi wa coefficients hizi kwenye shinikizo.
Uzito wa Kioevu cha Droplet. Kwa kuchujwa mara kwa mara kwa kioevu cha matone, wiani wake unaweza kuzingatiwa kuwa huru kwa shinikizo, ambayo ni, kioevu kinaweza kuzingatiwa kuwa kisichoweza kushinikizwa: r = const .
Katika michakato isiyo na utulivu, ni muhimu kuzingatia ugumu wa kioevu, ambao una sifa uwiano wa compression volumetric ya kioevu b . Mgawo huu kwa kawaida huzingatiwa mara kwa mara:
Baada ya kuunganisha usawa wa mwisho kutoka kwa viwango vya shinikizo la awali p 0 na msongamano r0 kwa maadili ya sasa, tunapata:
Katika kesi hii, tunapata utegemezi wa mstari wa wiani kwenye shinikizo.
Msongamano wa gesi. Vimiminiko vinavyoweza kushikana (gesi) na mabadiliko madogo katika shinikizo na joto vinaweza pia kuwa na sifa ya coefficients ya compression volumetric na upanuzi wa mafuta. Lakini pamoja na mabadiliko makubwa ya shinikizo na joto, coefficients hizi hubadilika ndani ya mipaka pana, hivyo utegemezi wa msongamano wa gesi bora kwenye shinikizo na joto hutegemea Milinganyo ya serikali ya Clayperon-Mendeleev:
Wapi R’ = R/M m- gesi mara kwa mara, kulingana na muundo wa gesi.
Kiwango cha kudumu cha gesi kwa hewa na methane ni sawa, R΄ hewa = 287 J/kg K˚; R΄ methane = 520 J/kg K˚.
Equation ya mwisho wakati mwingine huandikwa kama:
 | (1.50) |
Kutoka kwa equation ya mwisho ni wazi kwamba wiani wa gesi hutegemea shinikizo na joto, hivyo ikiwa wiani wa gesi unajulikana, basi ni muhimu kuonyesha shinikizo, joto na muundo wa gesi, ambayo haifai. Kwa hiyo, dhana za hali ya kawaida na ya kawaida ya kimwili huletwa.
Hali ya kawaida yanahusiana na joto t = 0 ° C na shinikizo p saa = 0.1013 ° MPa. Msongamano wa hewa chini ya hali ya kawaida ni sawa na ρ v.n.us = 1.29 kg/m 3.
Masharti ya kawaida yanahusiana na joto t = 20 ° C na shinikizo p saa = 0.1013 ° MPa. Msongamano wa hewa chini ya hali ya kawaida ni sawa na ρ w.st.us = 1.22 kg/m 3.
Kwa hivyo, kutoka kwa wiani unaojulikana chini ya hali fulani, inawezekana kuhesabu wiani wa gesi kwa maadili mengine ya shinikizo na joto:
Ukiondoa halijoto ya hifadhi, tunapata mlingano bora wa gesi ya serikali, ambao tutatumia katika siku zijazo:
Wapi z - mgawo unaoashiria kiwango cha kupotoka kwa hali ya gesi halisi kutoka kwa sheria ya gesi bora (mgawo wa ukandamizaji mkubwa) na kutegemea gesi fulani juu ya shinikizo na joto. z = z(p, T) . Thamani za mgawo wa mgandamizo wa juu zaidi z huamuliwa kulingana na grafu za D. Brown.
Mnato wa mafuta. Majaribio yanaonyesha kuwa coefficients ya mnato wa mafuta (kwa shinikizo juu ya shinikizo la kueneza) na gesi huongezeka kwa shinikizo la kuongezeka. Kwa mabadiliko makubwa ya shinikizo (hadi MPa 100), utegemezi wa mnato wa mafuta ya hifadhi na gesi asilia kwenye shinikizo inaweza kuzingatiwa kuwa ya kielelezo:
 | (1.56) |
Kwa mabadiliko madogo katika shinikizo, utegemezi huu ni wa mstari.
Hapa m 0 - mnato kwa shinikizo la kudumu p 0 ; β m - mgawo ulioamuliwa kwa majaribio na kulingana na muundo wa mafuta au gesi.
Hifadhi ya porosity. Ili kujua jinsi mgawo wa porosity unategemea shinikizo, hebu tuchunguze swali la mafadhaiko yanayofanya kazi kwa njia ya porous iliyojaa kioevu. Wakati shinikizo katika kioevu hupungua, nguvu kwenye mifupa ya kati ya porous huongezeka, hivyo porosity hupungua.
Kutokana na deformation ya chini ya awamu imara, kwa kawaida inaaminika kuwa mabadiliko katika porosity inategemea linearly juu ya mabadiliko ya shinikizo. Sheria ya mgandamizo wa mwamba imeandikwa kama ifuatavyo, ikianzisha mgawo wa elasticity ya volumetric ya malezi b c:
Wapi m 0 - mgawo wa porosity kwa shinikizo p 0 .
Majaribio ya maabara kwa miamba tofauti ya punjepunje na masomo ya shamba yanaonyesha kuwa mgawo wa elasticity ya volumetric ya malezi ni (0.3 - 2) 10 -10 Pa -1.
Kwa mabadiliko makubwa ya shinikizo, mabadiliko ya porosity yanaelezewa na equation:
na kwa kubwa - kielelezo:
 | (1.61) |
Katika muundo uliovunjika, upenyezaji hubadilika kulingana na shinikizo kwa nguvu zaidi kuliko zile za porous, kwa hivyo, katika muundo uliovunjika, kwa kuzingatia utegemezi. k(p) muhimu zaidi kuliko zile za punjepunje.
Equations ya hali ya kioevu au gesi kueneza malezi na kati porous kufunga mfumo wa equations tofauti.
Milinganyo ya tofauti inayotokana (1.2, 1.4) ina vigezo vinavyobainisha kioevu au gesi: msongamano. r , mnato m , pamoja na vigezo vya coefficients ya porous kati - porosity m na upenyezaji k . Kwa mahesabu zaidi, ni muhimu kujua utegemezi wa coefficients hizi kwenye shinikizo.
Uzito wa Kioevu cha Droplet. Kwa kuchujwa mara kwa mara kwa kioevu cha matone, wiani wake unaweza kuzingatiwa kuwa huru kwa shinikizo, ambayo ni, kioevu kinaweza kuzingatiwa kuwa kisichoweza kushinikizwa: r = const .
Katika michakato isiyo na utulivu, ni muhimu kuzingatia ugumu wa kioevu, ambao una sifa uwiano wa compression volumetric ya kioevu b . Mgawo huu kwa kawaida huzingatiwa mara kwa mara:
Baada ya kuunganisha usawa wa mwisho kutoka kwa viwango vya shinikizo la awali p 0 na msongamano r0 kwa maadili ya sasa, tunapata:
Katika kesi hii, tunapata utegemezi wa mstari wa wiani kwenye shinikizo.
Msongamano wa gesi. Vimiminiko vinavyoweza kushikana (gesi) na mabadiliko madogo katika shinikizo na joto vinaweza pia kuwa na sifa ya coefficients ya compression volumetric na upanuzi wa mafuta. Lakini pamoja na mabadiliko makubwa ya shinikizo na joto, coefficients hizi hubadilika ndani ya mipaka pana, hivyo utegemezi wa msongamano wa gesi bora kwenye shinikizo na joto hutegemea Milinganyo ya serikali ya Clayperon-Mendeleev:
Wapi R’ = R/M m- gesi mara kwa mara, kulingana na muundo wa gesi.
Kiwango cha kudumu cha gesi kwa hewa na methane ni sawa, R΄ hewa = 287 J/kg K˚; R΄ methane = 520 J/kg K˚.
Equation ya mwisho wakati mwingine huandikwa kama:
 | (1.50) |
Kutoka kwa equation ya mwisho ni wazi kwamba wiani wa gesi hutegemea shinikizo na joto, hivyo ikiwa wiani wa gesi unajulikana, basi ni muhimu kuonyesha shinikizo, joto na muundo wa gesi, ambayo haifai. Kwa hiyo, dhana za hali ya kawaida na ya kawaida ya kimwili huletwa.
Hali ya kawaida yanahusiana na joto t = 0 ° C na shinikizo p saa = 0.1013 ° MPa. Msongamano wa hewa chini ya hali ya kawaida ni sawa na ρ v.n.us = 1.29 kg/m 3.
Masharti ya kawaida yanahusiana na joto t = 20 ° C na shinikizo p saa = 0.1013 ° MPa. Msongamano wa hewa chini ya hali ya kawaida ni sawa na ρ w.st.us = 1.22 kg/m 3.
Kwa hivyo, kutoka kwa wiani unaojulikana chini ya hali fulani, inawezekana kuhesabu wiani wa gesi kwa maadili mengine ya shinikizo na joto:
Ukiondoa halijoto ya hifadhi, tunapata mlingano bora wa gesi ya serikali, ambao tutatumia katika siku zijazo:
Wapi z - mgawo unaoashiria kiwango cha kupotoka kwa hali ya gesi halisi kutoka kwa sheria ya gesi bora (mgawo wa ukandamizaji mkubwa) na kutegemea gesi fulani juu ya shinikizo na joto. z = z(p, T) . Thamani za mgawo wa mgandamizo wa juu zaidi z huamuliwa kulingana na grafu za D. Brown.
Mnato wa mafuta. Majaribio yanaonyesha kuwa coefficients ya mnato wa mafuta (kwa shinikizo juu ya shinikizo la kueneza) na gesi huongezeka kwa shinikizo la kuongezeka. Kwa mabadiliko makubwa ya shinikizo (hadi MPa 100), utegemezi wa mnato wa mafuta ya hifadhi na gesi asilia kwenye shinikizo inaweza kuzingatiwa kuwa ya kielelezo:
 | (1.56) |
Kwa mabadiliko madogo katika shinikizo, utegemezi huu ni wa mstari.
Hapa m 0 - mnato kwa shinikizo la kudumu p 0 ; β m - mgawo ulioamuliwa kwa majaribio na kulingana na muundo wa mafuta au gesi.
Hifadhi ya porosity. Ili kujua jinsi mgawo wa porosity unategemea shinikizo, hebu tuchunguze swali la mafadhaiko yanayofanya kazi kwa njia ya porous iliyojaa kioevu. Wakati shinikizo katika kioevu hupungua, nguvu kwenye mifupa ya kati ya porous huongezeka, hivyo porosity hupungua.
Kutokana na deformation ya chini ya awamu imara, kwa kawaida inaaminika kuwa mabadiliko katika porosity inategemea linearly juu ya mabadiliko ya shinikizo. Sheria ya mgandamizo wa mwamba imeandikwa kama ifuatavyo, ikianzisha mgawo wa elasticity ya volumetric ya malezi b c:
Wapi m 0 - mgawo wa porosity kwa shinikizo p 0 .
Majaribio ya maabara kwa miamba tofauti ya punjepunje na masomo ya shamba yanaonyesha kuwa mgawo wa elasticity ya volumetric ya malezi ni (0.3 - 2) 10 -10 Pa -1.
Kwa mabadiliko makubwa ya shinikizo, mabadiliko ya porosity yanaelezewa na equation:
na kwa kubwa - kielelezo:
 | (1.61) |
Katika muundo uliovunjika, upenyezaji hubadilika kulingana na shinikizo kwa nguvu zaidi kuliko zile za porous, kwa hivyo, katika muundo uliovunjika, kwa kuzingatia utegemezi. k(p) muhimu zaidi kuliko zile za punjepunje.
Equations ya hali ya kioevu au gesi kueneza malezi na kati porous kufunga mfumo wa equations tofauti.
Ukurasa wa 5
Hali ya joto kabisa
Ni rahisi kuona kwamba shinikizo la gesi iliyofungwa kwa kiasi cha mara kwa mara hailingani moja kwa moja na joto lililopimwa kwa kiwango cha Celsius. Hii ni wazi, kwa mfano, kutoka kwa meza iliyotolewa katika sura iliyopita. Ikiwa saa 100 ° C shinikizo la gesi ni 1.37 kg / cm2, basi saa 200 ° C ni 1.73 kg / cm2. Joto lililopimwa na thermometer ya Celsius iliongezeka mara mbili, lakini shinikizo la gesi liliongezeka mara 1.26 tu. Hakuna kitu cha kushangaza, bila shaka, katika hili, kwa kuwa kiwango cha thermometer ya Celsius kinawekwa kwa kiholela, bila uhusiano wowote na sheria za upanuzi wa gesi. Inawezekana, hata hivyo, kwa kutumia sheria za gesi, kuanzisha kiwango cha joto ili shinikizo la gesi liwe sawia moja kwa moja na halijoto iliyopimwa kwa kipimo hiki kipya. Sufuri kwenye mizani hii mpya inaitwa sufuri kabisa. Jina hili lilikubaliwa kwa sababu, kama ilivyothibitishwa na mwanafizikia Mwingereza Kelvin (William Thomson) (1824-1907), hakuna mwili unaoweza kupozwa chini ya halijoto hii.
Kwa mujibu wa hili, kiwango hiki kipya kinaitwa kiwango cha joto kabisa. Kwa hivyo, sifuri kabisa huonyesha halijoto sawa na -273° Selsiasi na inawakilisha halijoto ambayo chini yake hakuna mwili unaoweza kupozwa kwa hali yoyote. Halijoto iliyoonyeshwa kama 273°+t1 inawakilisha halijoto kamili ya mwili ambayo ina halijoto kwenye mizani ya Selsiasi sawa na t1. Joto kamili kawaida huonyeshwa na herufi T. Hivyo, 2730+t1=T1. Kiwango cha joto kabisa mara nyingi huitwa kiwango cha Kelvin na kimeandikwa T ° K. Kulingana na hapo juu
Matokeo yaliyopatikana yanaweza kuonyeshwa kwa maneno: shinikizo la molekuli fulani ya gesi iliyofungwa kwa kiasi cha mara kwa mara ni sawa na joto kabisa. Huu ni usemi mpya wa sheria ya Charles.
Mfumo (6) pia ni rahisi kutumia katika kesi wakati shinikizo la 0 ° C haijulikani.
Kiasi cha gesi na joto kabisa
Kutoka kwa formula (6), tunaweza kupata fomula ifuatayo:
Kiasi cha molekuli fulani ya gesi kwa shinikizo la mara kwa mara ni sawa na joto kabisa. Huu ni usemi mpya wa sheria ya Gay-Lussac.
Utegemezi wa wiani wa gesi kwenye joto
Ni nini hufanyika kwa msongamano wa wingi wa gesi ikiwa hali ya joto huongezeka lakini shinikizo linabaki bila kubadilika?
Kumbuka kwamba msongamano ni sawa na wingi wa mwili uliogawanywa na kiasi. Kwa kuwa wingi wa gesi ni mara kwa mara, inapokanzwa, wiani wa gesi hupungua mara nyingi kama ongezeko la kiasi.
Kama tunavyojua, kiasi cha gesi ni sawia moja kwa moja na joto kamili ikiwa shinikizo linabaki thabiti. Kwa hiyo, msongamano wa gesi kwa shinikizo la mara kwa mara ni kinyume chake na joto kamili. Ikiwa d1 na d2 ni msongamano wa gesi kwenye joto la T1 na T2, basi uhusiano unashikilia.
Sheria ya gesi ya umoja
Tulizingatia kesi wakati moja ya idadi tatu inayoonyesha hali ya gesi (shinikizo, joto na kiasi) haibadilika. Tumeona kwamba ikiwa hali ya joto ni mara kwa mara, basi shinikizo na kiasi vinahusiana na sheria ya Boyle-Mariotte; ikiwa kiasi ni mara kwa mara, basi shinikizo na joto vinahusiana na sheria ya Charles; Ikiwa shinikizo ni mara kwa mara, basi kiasi na joto vinahusiana na sheria ya Gay-Lussac. Hebu tuanzishe uhusiano kati ya shinikizo, kiasi na joto la molekuli fulani ya gesi ikiwa kiasi hiki cha tatu kinabadilika.
Acha kiasi cha awali, shinikizo na joto kamili la molekuli fulani ya gesi iwe sawa na V1, P1 na T1, na za mwisho - V2, P2 na T2 - Unaweza kufikiria kuwa mpito kutoka kwa hali ya awali hadi ya mwisho ilitokea. hatua mbili. Hebu, kwa mfano, kwanza ubadilishe kiasi cha gesi kutoka V1 hadi V2, na joto la T1 bado halijabadilika. Shinikizo la gesi lililosababishwa litaonyeshwa na Pav Kisha joto lilibadilika kutoka T1 hadi T2 kwa kiasi cha mara kwa mara, na shinikizo lilibadilika kutoka Pav. kwa P. Wacha tutengeneze meza:
Sheria ya Boyle - Mariotte
Sheria ya Charles
Kubadilisha, kwa mpito wa kwanza tunaandika sheria ya Boyle-Mariotte
Kwa kutumia sheria ya Charles kwa mpito wa pili, tunaweza kuandika
Kuzidisha usawa huu kwa muda na kupunguza kwa Pcp tunapata:
Kwa hivyo, bidhaa ya kiasi cha molekuli fulani ya gesi na shinikizo lake ni sawa na joto kamili la gesi. Hii ni sheria ya umoja wa hali ya gesi au equation ya hali ya gesi.
Sheria Dalton
Hadi sasa tumezungumza juu ya shinikizo la gesi yoyote - oksijeni, hidrojeni, nk Lakini katika asili na katika teknolojia sisi mara nyingi sana kukabiliana na mchanganyiko wa gesi kadhaa. Mfano muhimu zaidi wa hii ni hewa, ambayo ni mchanganyiko wa nitrojeni, oksijeni, argon, dioksidi kaboni na gesi nyingine. Shinikizo la mchanganyiko wa gesi inategemea nini?
Weka kwenye chupa kipande cha dutu ambayo hufunga oksijeni kutoka kwa hewa kwa kemikali (kwa mfano, fosforasi), na uifunge haraka chupa na kizuizi na bomba. kushikamana na manometer ya zebaki. Baada ya muda, oksijeni yote katika hewa itaunganishwa na fosforasi. Tutaona kwamba kipimo cha shinikizo kitaonyesha shinikizo kidogo kuliko kabla ya oksijeni kuondolewa. Hii ina maana kwamba uwepo wa oksijeni katika hewa huongeza shinikizo lake.
Uchunguzi sahihi wa shinikizo la mchanganyiko wa gesi ulifanywa kwa mara ya kwanza na mwanakemia Mwingereza John Dalton (1766-1844) mnamo 1809. Shinikizo ambalo kila moja ya gesi zinazounda mchanganyiko huo ingekuwa nayo ikiwa gesi zingine zingeondolewa kwenye kiasi kilichochukuliwa na mchanganyiko kinaitwa shinikizo la sehemu ya gesi hii. Dalton aligundua kuwa shinikizo la mchanganyiko wa gesi ni sawa na jumla ya shinikizo lao la sehemu (Sheria ya Dalton). Kumbuka kuwa sheria ya Dalton haitumiki kwa gesi zilizobanwa sana, kama sheria ya Boyle-Mariotte.