Khi nhiệt độ tăng, mật độ của khí. Thể tích khí và nhiệt độ tuyệt đối

Tính chất hóa lý của dầu và các thông số đặc trưng cho nó: mật độ, độ nhớt, độ nén, hệ số thể tích. Sự phụ thuộc của chúng vào nhiệt độ và áp suất

Tính chất vật lý của dầu mỏ rất khác so với tính chất của dầu đã khử khí bề mặt, được xác định bởi ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất và khí hòa tan. Những thay đổi về tính chất vật lý của dầu thành hệ liên quan đến điều kiện nhiệt động lực học của sự hiện diện của chúng trong thành hệ được tính đến khi tính toán trữ lượng dầu và khí đốt, trong quá trình thiết kế, phát triển và vận hành các mỏ dầu.

Tỉ trọng dầu đã khử khí rất khác nhau - từ 600 đến 1000 kg/m3 trở lên và phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hydrocarbon và hàm lượng các chất nhựa đường.

Mật độ dầu trong điều kiện vỉa phụ thuộc vào lượng khí hòa tan, nhiệt độ và áp suất. Khi áp suất tăng, mật độ tăng nhẹ và khi tăng hai yếu tố còn lại, mật độ sẽ giảm. Ảnh hưởng của các yếu tố sau lớn hơn. Mật độ của dầu bão hòa nitơ hoặc carbon dioxide tăng nhẹ khi áp suất tăng.

Ảnh hưởng của lượng khí hòa tan và nhiệt độ mạnh hơn. Vì vậy, mật độ khí luôn nhỏ hơn mật độ dầu đã khử khí trên bề mặt. Khi áp suất tăng, mật độ dầu giảm đáng kể, đó là do dầu bão hòa với khí. Sự gia tăng áp suất trên áp suất bão hòa của dầu với khí góp phần làm tăng nhẹ mật độ dầu.

Mật độ của nước thành hệ, ngoài áp suất, nhiệt độ và khí hòa tan, còn bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi độ mặn của chúng. Khi nồng độ muối trong nước thành hệ là 643 kg/m 3 thì mật độ của nó đạt tới 1450 kg/m 3.

Hệ số âm lượng. Khi một chất khí hòa tan trong chất lỏng, thể tích của nó tăng lên. Tỷ lệ giữa thể tích chất lỏng và khí hòa tan trong nó trong điều kiện bể chứa với thể tích của cùng chất lỏng trên bề mặt sau khi khử khí được gọi là hệ số thể tích

b=V PL / V POV

trong đó VPL là thể tích dầu trong điều kiện vỉa chứa; V POV là thể tích của cùng loại dầu ở áp suất khí quyển và t=20°C sau khi khử khí.

Do một lượng rất lớn khí hydrocarbon có thể hòa tan trong dầu (thậm chí 1000 m 3 trở lên trong 1 m 3 dầu), tùy theo điều kiện nhiệt động, hệ số thể tích của dầu có thể đạt 3,5 trở lên. Hệ số thể tích của nước thành hệ là 0,99-1,06.

Sự giảm thể tích dầu thu hồi so với thể tích dầu trong bể chứa, được biểu thị bằng phần trăm, được gọi là “độ co ngót”.

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

Khi áp suất giảm từ bình chứa ban đầu p 0 đến áp suất bão hòa thì hệ số thể tích thay đổi rất ít, bởi vì Dầu có khí hòa tan ở vùng này hoạt động giống như một chất lỏng nén yếu thông thường, nở ra một chút khi áp suất giảm. Khi áp suất giảm, khí dần dần thoát ra khỏi dầu và tỷ lệ thể tích giảm. Nhiệt độ dầu tăng làm giảm khả năng hòa tan của khí, dẫn đến hệ số thể tích giảm

Độ nhớt. Một trong những đặc tính quan trọng nhất của dầu là độ nhớt. Độ nhớt của dầu được tính đến trong hầu hết các tính toán thủy động lực học liên quan đến nâng chất lỏng qua đường ống, xả giếng, vận chuyển sản phẩm giếng qua đường ống trong mỏ, xử lý các vùng lỗ đáy của hệ tầng bằng nhiều phương pháp khác nhau, cũng như trong các tính toán liên quan đến chuyển động của dầu trong thành hệ.

Độ nhớt của dầu mỏ rất khác với độ nhớt của dầu bề mặt, vì nó chứa khí hòa tan và ở điều kiện áp suất và nhiệt độ cao. Với sự gia tăng lượng khí hòa tan và nhiệt độ, độ nhớt của dầu giảm.

Sự gia tăng áp suất dưới áp suất bão hòa dẫn đến tăng hệ số khí và do đó làm giảm độ nhớt. Sự gia tăng áp suất trên áp suất bão hòa của dầu mỏ dẫn đến tăng độ nhớt

Khi trọng lượng phân tử của dầu tăng lên, độ nhớt của nó tăng lên. Ngoài ra, độ nhớt của dầu bị ảnh hưởng rất nhiều bởi hàm lượng parafin và các chất nhựa đường trong đó, thường theo chiều tăng dần.

Khả năng nén dầu. Dầu có tính đàn hồi, tức là khả năng thay đổi thể tích dưới tác động của áp suất bên ngoài. Độ đàn hồi của chất lỏng được đo bằng hệ số nén, được định nghĩa là tỷ số giữa sự thay đổi thể tích của chất lỏng so với thể tích ban đầu của nó khi áp suất thay đổi:

β P =ΔV/(VΔP) , trong đó

ΔV - thay đổi thể tích dầu; V - thể tích dầu ban đầu; ΔP – thay đổi áp suất

Hệ số nén của dầu mỏ phụ thuộc vào thành phần, hàm lượng khí hòa tan trong đó, nhiệt độ và áp suất tuyệt đối.

Dầu đã khử khí có hệ số nén tương đối thấp, vào khoảng (4-7) * 10 -10 1/Pa và dầu nhẹ chứa một lượng khí hòa tan đáng kể - lên tới 140 * 10 -10 1/Pa. Nhiệt độ càng cao thì hệ số nén càng cao.

Tỉ trọng.

Mật độ thường đề cập đến khối lượng của một chất chứa trong một đơn vị thể tích. Theo đó, kích thước của đại lượng này là kg/m3 hoặc g/cm3.

ρ=m/V

Mật độ dầu trong điều kiện hồ chứa giảm do khí hòa tan trong đó và do nhiệt độ tăng. Tuy nhiên, khi áp suất giảm xuống dưới áp suất bão hòa, sự phụ thuộc của mật độ dầu là không đơn điệu, và khi áp suất tăng trên áp suất bão hòa, dầu bị nén và mật độ tăng nhẹ.

Độ nhớt của dầu.

Độ nhớt đặc trưng cho lực ma sát (điện trở trong) phát sinh giữa hai lớp liền kề bên trong chất lỏng hoặc khí trên một đơn vị diện tích bề mặt khi chúng chuyển động lẫn nhau.

Độ nhớt của dầu được xác định bằng thực nghiệm bằng nhớt kế VVD-U đặc biệt. Nguyên lý hoạt động của nhớt kế dựa trên việc đo thời gian rơi của quả cầu kim loại trong chất lỏng đang được thử.

Độ nhớt của dầu được xác định theo công thức:

μ = t (ρ w – ρ f) k

t – thời gian bóng rơi, s

ρ w và ρ w - mật độ của quả bóng và chất lỏng, kg/m 3

k - hằng số nhớt kế

Nhiệt độ tăng làm giảm độ nhớt của dầu (Hình 2.a). Sự gia tăng áp suất dưới áp suất bão hòa dẫn đến tăng hệ số khí và do đó làm giảm độ nhớt. Sự gia tăng áp suất trên áp suất bão hòa đối với dầu mỏ dẫn đến tăng độ nhớt (Hình 2.b).

Giá trị độ nhớt tối thiểu xảy ra khi áp suất trong thành hệ bằng với áp suất bão hòa thành hệ.

Khả năng nén dầu

Dầu có tính đàn hồi. Tính chất đàn hồi của dầu được đánh giá bằng hệ số nén dầu. Khả năng nén của dầu đề cập đến khả năng chất lỏng thay đổi thể tích dưới tác động của áp suất:

β n = (1)

β n – hệ số nén dầu, MPa -1-

V n – thể tích dầu ban đầu, m3

∆V – đo thể tích dầu dưới tác dụng của phép đo áp suất ∆Р

Hệ số nén đặc trưng cho sự thay đổi tương đối trong một đơn vị thể tích dầu với sự thay đổi áp suất trên một đơn vị. Nó phụ thuộc vào thành phần của dầu chứa, nhiệt độ và áp suất tuyệt đối. Khi nhiệt độ tăng, hệ số nén tăng.

Hệ số âm lượng

Hệ số thể tích được hiểu là giá trị cho biết thể tích của dầu trong điều kiện vỉa chứa vượt quá thể tích của cùng loại dầu đó bao nhiêu lần sau khi khí thoát ra trên bề mặt.

in = Vpl /V tiền

c – hệ số thể tích

Vpl và Vdeg – thể tích bể chứa và dầu đã khử khí, m 3

Khi áp suất giảm từ bình chứa ban đầu p 0 đến áp suất bão hòa (đoạn ab), hệ số thể tích thay đổi rất ít, bởi vì Dầu có khí hòa tan ở vùng này hoạt động giống như một chất lỏng nén yếu thông thường, nở ra một chút khi áp suất giảm.

Khi áp suất giảm, khí dần dần thoát ra khỏi dầu và tỷ lệ thể tích giảm. Nhiệt độ dầu tăng làm giảm khả năng hòa tan của khí, dẫn đến giảm hệ số thể tích.

Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến mật độ khí Khí, không giống như chất lỏng giọt, được đặc trưng bởi độ nén đáng kể và giá trị cao của hệ số giãn nở nhiệt. Sự phụ thuộc của mật độ khí vào áp suất và nhiệt độ được thiết lập bằng phương trình trạng thái. Các đặc tính đơn giản nhất là đặc tính của một loại khí hiếm đến mức có thể không tính đến sự tương tác giữa các phân tử của nó. Đây là một loại khí lý tưởng (hoàn hảo) mà phương trình Mendeleev-Clapeyron đúng:

Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến mật độ khí p - áp suất tuyệt đối; R - hằng số khí riêng, khác nhau đối với các loại khí khác nhau, nhưng không phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất (đối với không khí R = 287 J / (kg K); T - nhiệt độ tuyệt đối. Hoạt động của khí thực trong điều kiện xa hóa lỏng chỉ khác một chút so với hành vi của khí hoàn hảo, và đối với chúng, trong giới hạn rộng, người ta có thể sử dụng các phương trình trạng thái của khí hoàn hảo.

Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến mật độ khí Trong tính toán kỹ thuật, mật độ khí thường được cho ở điều kiện vật lý bình thường: T=20°C; p = 101325 Pa. Đối với không khí ở các điều kiện này ρ=1,2 kg/m3 Mật độ không khí ở các điều kiện khác được xác định theo công thức:

Ảnh hưởng đến mật độ khí của nhiệt độ và áp suất Theo công thức này cho quá trình đẳng nhiệt (T = const): Quá trình đoạn nhiệt là quá trình xảy ra mà không trao đổi nhiệt bên ngoài. Đối với một quá trình đoạn nhiệt k=ср/сv là hằng số đoạn nhiệt của khí; cp - nhiệt dung của khí ở áp suất không đổi; cv - giống nhau, ở mức âm lượng không đổi.

Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến mật độ khí Một đặc tính quan trọng quyết định sự phụ thuộc của sự thay đổi mật độ với sự thay đổi áp suất trong một dòng chuyển động là tốc độ truyền âm a. Trong môi trường đồng nhất, tốc độ truyền âm được xác định theo biểu thức: Đối với không khí a = 330 m/s; đối với carbon dioxide 261 m/s.

Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến mật độ khí Do thể tích của chất khí phụ thuộc phần lớn vào nhiệt độ và áp suất, nên kết luận thu được từ nghiên cứu về chất lỏng dạng giọt chỉ có thể được mở rộng cho chất khí nếu, trong giới hạn của hiện tượng đang xét, những thay đổi về áp suất và nhiệt độ không đáng kể. 3 Sự chênh lệch áp suất đáng kể, gây ra sự thay đổi đáng kể về mật độ của khí, có thể phát sinh khi chúng di chuyển ở tốc độ cao. Mối quan hệ giữa tốc độ chuyển động và tốc độ âm thanh trong đó cho phép người ta đánh giá sự cần thiết phải tính đến khả năng nén trong từng trường hợp cụ thể.

Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến mật độ khí Nếu một chất lỏng hoặc khí đang chuyển động thì để đánh giá khả năng nén người ta không sử dụng giá trị tuyệt đối của tốc độ âm thanh mà sử dụng số Mach, bằng tỷ số giữa tốc độ dòng chảy và tốc độ âm thanh. . M = ν/a Nếu số Mach nhỏ hơn đáng kể so với đơn vị thì chất lỏng hoặc khí nhỏ giọt có thể được coi là thực tế không thể nén được

Cân bằng khí Nếu chiều cao của cột khí thấp thì mật độ của nó có thể coi là như nhau dọc theo chiều cao của cột: khi đó áp suất do cột này tạo ra được xác định theo phương trình cơ bản của thủy tĩnh. Khi độ cao của cột không khí cao, mật độ của nó tại các điểm khác nhau không còn giống nhau nên phương trình thủy tĩnh không áp dụng được trong trường hợp này.

Cân bằng khí Xét phương trình chênh lệch áp suất cho trường hợp đứng yên tuyệt đối và thay giá trị mật độ vào đó, ta có được tích phân phương trình này cần biết quy luật biến đổi nhiệt độ không khí dọc theo chiều cao của cột không khí. . Không thể biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ như một hàm đơn giản của độ cao hoặc áp suất, do đó nghiệm của phương trình chỉ có thể gần đúng.

Trạng thái cân bằng khí Đối với từng lớp khí quyển, có thể giả định với độ chính xác đủ lớn rằng sự thay đổi nhiệt độ tùy thuộc vào độ cao (và đối với mỏ - theo độ sâu) xảy ra theo quy luật tuyến tính: T = T 0 + αz, trong đó T và T 0 lần lượt là nhiệt độ không khí tuyệt đối ở độ cao (độ sâu) z và trên bề mặt trái đất α là gradient nhiệt độ đặc trưng cho sự thay đổi nhiệt độ không khí khi tăng độ cao (-α) hoặc độ sâu (+α) theo 1m, K/m.

Cân bằng khí Các giá trị của hệ số α khác nhau ở các khu vực khác nhau dọc theo độ cao trong khí quyển hoặc độ sâu trong mỏ. Ngoài ra, chúng còn phụ thuộc vào điều kiện khí tượng, thời gian trong năm và các yếu tố khác. Khi xác định nhiệt độ trong tầng đối lưu (đến 11000 m), thường lấy α = 0,0065 K/m; đối với mỏ sâu, giá trị trung bình của α lấy bằng 0,004 0,006 K/m đối với hầm khô, đối với hầm ướt. - 0,01.

Cân bằng khí Thay công thức biến đổi nhiệt độ vào phương trình chênh áp và tích phân nó, ta thu được Phương trình giải được cho H, thay logarit tự nhiên bằng số thập phân, α bằng giá trị của nó từ phương trình thông qua nhiệt độ, R bằng giá trị của không khí bằng 287 J/ (kg K) ; và thay thế g = 9,81 m/s2.

Cân bằng khí Kết quả của những tác động này là công thức khí quyển thu được H = 29, 3(T-T 0)(log p/p 0)/(log. T 0/T), cũng như công thức xác định áp suất trong đó n được xác định bởi công thức

CHUYỂN ĐỘNG ỔN ĐỊNH CỦA KHÍ TRONG ỐNG Định luật bảo toàn năng lượng ở dạng cơ học đối với một phần tử có chiều dài dx của một ống tròn đường kính d, với điều kiện là sự thay đổi độ cao trắc địa là nhỏ so với sự thay đổi áp suất áp suất, có dạng Ở đây , tổn thất năng lượng riêng do ma sát được lấy theo công thức Darcy-Weisbach. Đối với quá trình đa hướng có chỉ số đa hướng không đổi n = const và với giả thiết λ = const sau khi tích phân, thu được định luật phân bố áp suất dọc theo đường ống dẫn khí

CHUYỂN ĐỘNG ỔN ĐỊNH CỦA KHÍ TRONG ỐNG Do đó, đối với đường ống dẫn khí chính, có thể viết công thức tính lưu lượng khối

CHUYỂN ĐỘNG ỔN ĐỊNH CỦA KHÍ TRONG ỐNG M ω Với n = 1, các công thức có giá trị cho dòng khí đẳng nhiệt ổn định. Hệ số cản thủy lực λ đối với chất khí phụ thuộc vào số Reynolds có thể được tính bằng các công thức dùng cho dòng chất lỏng.

Khi các khí hydrocacbon thực chuyển động, một phương trình trạng thái được sử dụng cho quá trình đẳng nhiệt trong đó hệ số nén z của khí hydrocacbon tự nhiên được xác định từ các đường cong thực nghiệm hoặc bằng phương pháp phân tích - từ các phương trình trạng thái gần đúng.

Tóm tắt về chủ đề:

Mật độ không khí

Kế hoạch:

1 Các mối quan hệ trong mô hình khí lý tưởng
- 1.1 Nhiệt độ, áp suất và mật độ
- 1.2 Ảnh hưởng của độ ẩm không khí
- 1.3 Ảnh hưởng của độ cao trong tầng đối lưu

Giới thiệu

Mật độ không khí- khối lượng khí trong khí quyển Trái đất trên một đơn vị thể tích hoặc trọng lượng riêng của không khí trong điều kiện tự nhiên. Kích cỡ mật độ không khí là một hàm của chiều cao của phép đo được thực hiện, nhiệt độ và độ ẩm của nó. Thông thường giá trị tiêu chuẩn được coi là 1,225 kg ⁄ m 3 , tương ứng với mật độ không khí khô ở 15°C ở mực nước biển.

1. Các mối quan hệ trong mô hình khí lý tưởng

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất của không khí ở mức. biển
Nhiệt độ	Tốc độ âm thanh	Tỉ trọng không khí (từ cấp độ Clapeyron)	Âm học sức chống cự
, VỚI	c, m giây −1	ρ , kg m −3	Z, N giây 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. Nhiệt độ, áp suất và mật độ

Mật độ của không khí khô có thể được tính bằng phương trình Clapeyron cho khí lý tưởng ở nhiệt độ nhất định.

và áp lực: ρ Đây - mật độ không khí, P - áp suất tuyệt đối, R - hằng số khí riêng cho không khí khô (287,058 J ⁄ (kg K)), T

- nhiệt độ tuyệt đối ở Kelvin. Do đó, bằng cách thay thế, chúng tôi nhận được:
ở môi trường tiêu chuẩn của Liên minh Quốc tế về Hóa học Thuần túy và Ứng dụng (nhiệt độ 0°C, áp suất 100 kPa, độ ẩm bằng 0), mật độ không khí là 1,2754 kg ⁄ m³;

ở 20 °C, 101,325 kPa và không khí khô, mật độ của khí quyển là 1,2041 kg ⁄ m³.

Bảng dưới đây thể hiện các thông số không khí khác nhau, được tính toán dựa trên các công thức cơ bản tương ứng, tùy thuộc vào nhiệt độ (áp suất lấy là 101,325 kPa)

1.2. Ảnh hưởng của độ ẩm không khí

Độ ẩm đề cập đến sự hiện diện của hơi nước dạng khí trong không khí, áp suất riêng phần của nó không vượt quá áp suất hơi bão hòa trong các điều kiện khí quyển nhất định. Thêm hơi nước vào không khí dẫn đến giảm mật độ của nó, điều này được giải thích là do khối lượng mol của nước (18 g ⁄ mol) thấp hơn so với khối lượng mol của không khí khô (29 g ⁄ mol). Không khí ẩm có thể được coi là hỗn hợp các loại khí lý tưởng, sự kết hợp mật độ của từng loại cho phép chúng ta thu được giá trị cần thiết cho hỗn hợp của chúng. Cách giải thích này cho phép xác định giá trị mật độ với mức sai số nhỏ hơn 0,2% trong phạm vi nhiệt độ từ −10 °C đến 50 °C và có thể được biểu thị như sau: - mật độ không khí, mật độ không khí ẩm ở đâu (kg ⁄ m³); d - áp suất tuyệt đối, mật độ không khí ẩm ở đâu (kg ⁄ m³);- áp suất riêng phần của không khí khô (Pa); - hằng số khí riêng cho không khí khô (287,058 J ⁄ (kg K)),- hằng số khí phổ quát đối với không khí khô (287,058 J ⁄ (kg K)); - mật độ không khí, - nhiệt độ (K); v - áp suất tuyệt đối, - nhiệt độ (K);- áp suất hơi nước (Pa) và

- hằng số phổ quát của hơi nước (461,495 J ⁄ (kg K)). Áp suất hơi nước có thể được xác định từ độ ẩm tương đối: - mật độ không khí, - nhiệt độ (K);Ở đâu - mật độ không khí, sat là áp suất riêng phần của hơi bão hòa, áp suất riêng phần có thể được biểu diễn dưới dạng biểu thức đơn giản hóa sau:

cho kết quả tính bằng milibar. Áp suất không khí khô - mật độ không khí, mật độ không khí ẩm ở đâu (kg ⁄ m³);được xác định bởi một sự khác biệt đơn giản:

- hằng số phổ quát của hơi nước (461,495 J ⁄ (kg K)). Áp suất hơi nước có thể được xác định từ độ ẩm tương đối: - mật độ không khí, biểu thị áp suất tuyệt đối của hệ thống đang được xem xét.

1.3. Ảnh hưởng của độ cao trong tầng đối lưu

Sự phụ thuộc của áp suất, nhiệt độ và mật độ không khí vào độ cao so với khí quyển tiêu chuẩn ( - mật độ không khí, 0 = 101325 Pa, T0=288,15 K, ρ 0 =1,225 kg/m³).

Để tính toán mật độ không khí ở một độ cao nhất định trong tầng đối lưu, có thể sử dụng các thông số sau (thông số khí quyển cho biết giá trị của khí quyển tiêu chuẩn):

áp suất khí quyển tiêu chuẩn ở mực nước biển - - mật độ không khí, 0 = 101325 Pa;
nhiệt độ tiêu chuẩn ở mực nước biển - T0= 288,15K;
gia tốc rơi tự do trên bề mặt Trái Đất - g= 9,80665 m ⁄ giây 2 (đối với những phép tính này, nó được coi là một giá trị không phụ thuộc vào chiều cao);
tốc độ giảm nhiệt độ (tiếng Anh) Tiếng Nga. với độ cao, trong tầng đối lưu - L
= 0,0065 K ⁄ m; - áp suất tuyệt đối, hằng số khí phổ quát -
= 8,31447 J ⁄ (Mol K); khối lượng mol của không khí khô - M

= 0,0289644 kg ⁄ Mol. Đối với tầng đối lưu (tức là vùng nhiệt độ giảm tuyến tính - đây là đặc tính duy nhất của tầng đối lưu được sử dụng ở đây) nhiệt độ ở độ cao h

trên mực nước biển có thể được tính theo công thức: Đối với tầng đối lưu (tức là vùng nhiệt độ giảm tuyến tính - đây là đặc tính duy nhất của tầng đối lưu được sử dụng ở đây) nhiệt độ ở độ cao:

Áp suất ở độ cao

Khi đó mật độ có thể được tính bằng cách thay nhiệt độ T và áp suất P tương ứng với độ cao h cho trước vào công thức:

Ba công thức này (sự phụ thuộc của nhiệt độ, áp suất và mật độ vào chiều cao) được sử dụng để xây dựng các biểu đồ hiển thị bên phải. Các biểu đồ được chuẩn hóa - chúng hiển thị hành vi chung của các tham số. Các giá trị “0” để tính toán chính xác phải được thay thế mỗi lần theo số đọc của các dụng cụ tương ứng (nhiệt kế và phong vũ biểu) tại thời điểm ở mực nước biển. Các phương trình vi phân dẫn xuất (1.2, 1.4) chứa các tham số đặc trưng cho chất lỏng hoặc chất khí: mật độ r , độ nhớt tôi , độ nhớt , cũng như các thông số của môi trường xốp - hệ số xốp và tính thấm k

. Để tính toán thêm, cần biết sự phụ thuộc của các hệ số này vào áp suất. Mật độ của chất lỏng giọt . Với quá trình lọc ổn định của chất lỏng dạng giọt, mật độ của nó có thể được coi là không phụ thuộc vào áp suất, nghĩa là chất lỏng có thể được coi là không thể nén được: .

r = const Trong các quá trình không ổn định, cần tính đến khả năng nén của chất lỏng, đặc trưng hệ số nén thể tích của chất lỏng . Hệ số này thường được coi là không đổi:

Đã tích hợp đẳng thức cuối cùng từ các giá trị áp suất ban đầu p 0 và mật độ r 0 đến giá trị hiện tại, chúng tôi nhận được:

Trong trường hợp này, chúng ta thu được sự phụ thuộc tuyến tính của mật độ vào áp suất.

Mật độ khí. Các chất lỏng (khí) có thể nén được với những thay đổi nhỏ về áp suất và nhiệt độ cũng có thể được đặc trưng bởi các hệ số nén thể tích và giãn nở nhiệt. Nhưng với những thay đổi lớn về áp suất và nhiệt độ, các hệ số này thay đổi trong giới hạn rộng, do đó sự phụ thuộc của mật độ của khí lý tưởng vào áp suất và nhiệt độ dựa trên Phương trình trạng thái Clayperon–Mendeleev:

- hằng số phổ quát của hơi nước (461,495 J ⁄ (kg K)). Áp suất hơi nước có thể được xác định từ độ ẩm tương đối: R’ = R/M·m- hằng số khí, tùy thuộc vào thành phần của khí.

Hằng số khí của không khí và metan lần lượt bằng nhau, R΄ air = 287 J/kg K˚; R΄ metan = 520 J/kg K˚.

Phương trình cuối cùng đôi khi được viết là:

(1.50)

Từ phương trình cuối cùng, rõ ràng là mật độ của khí phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ, vì vậy nếu biết mật độ của khí thì cần phải chỉ ra áp suất, nhiệt độ và thành phần của khí, điều này thật bất tiện. Vì vậy, các khái niệm về điều kiện vật lý bình thường và tiêu chuẩn được đưa ra.

Điều kiện bình thường tương ứng với nhiệt độ t = 0°C và áp suất p ở = 0,1013°MPa. Mật độ không khí trong điều kiện bình thường bằng ρ v.n.us = 1,29 kg/m 3.

Điều khoản tiêu chuẩn tương ứng với nhiệt độ t = 20°C và áp suất p ở = 0,1013°MPa. Mật độ không khí ở điều kiện tiêu chuẩn bằng ρ w.st.us = 1,22 kg/m 3.

Do đó, từ mật độ đã biết ở những điều kiện nhất định, có thể tính được mật độ khí ở các giá trị khác của áp suất và nhiệt độ:

Loại trừ nhiệt độ bể chứa, chúng ta thu được phương trình trạng thái khí lý tưởng mà chúng ta sẽ sử dụng trong tương lai:

- hằng số phổ quát của hơi nước (461,495 J ⁄ (kg K)). Áp suất hơi nước có thể được xác định từ độ ẩm tương đối: z - hệ số đặc trưng cho mức độ sai lệch trạng thái của khí thực so với định luật khí lý tưởng (hệ số siêu nén) và phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ của một loại khí nhất định z = z(p,T) . Giá trị hệ số siêu nén z được xác định theo đồ thị của D. Brown.

độ nhớt của dầu. Thí nghiệm cho thấy hệ số độ nhớt của dầu (ở áp suất trên áp suất bão hòa) và khí tăng khi áp suất tăng. Với những thay đổi đáng kể về áp suất (lên tới 100 MPa), sự phụ thuộc của độ nhớt của dầu mỏ và khí tự nhiên vào áp suất có thể được coi là theo cấp số nhân:

(1.56)

Đối với những thay đổi nhỏ về áp suất, sự phụ thuộc này là tuyến tính.

và áp lực: tôi 0 – độ nhớt ở áp suất cố định p 0 ; β m - hệ số được xác định bằng thực nghiệm và phụ thuộc vào thành phần của dầu hoặc khí.

Độ xốp của hồ chứa. Để tìm hiểu hệ số xốp phụ thuộc vào áp suất như thế nào, chúng ta hãy xem xét vấn đề ứng suất tác dụng trong môi trường xốp chứa đầy chất lỏng. Khi áp suất trong chất lỏng giảm, lực tác dụng lên khung của môi trường xốp tăng lên, do đó độ xốp giảm.

Do pha rắn có độ biến dạng thấp nên người ta thường tin rằng sự thay đổi độ xốp phụ thuộc tuyến tính vào sự thay đổi áp suất. Định luật chịu nén của đá được viết như sau, giới thiệu hệ số đàn hồi thể tích của thành tạo b c:

- hằng số phổ quát của hơi nước (461,495 J ⁄ (kg K)). Áp suất hơi nước có thể được xác định từ độ ẩm tương đối: tôi 0 – hệ số xốp ở áp suất p 0 .

Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đối với các loại đá dạng hạt khác nhau và nghiên cứu thực địa cho thấy hệ số đàn hồi thể tích của hệ tầng là (0,3 - 2) 10 -10 Pa -1.

Với những thay đổi đáng kể về áp suất, sự thay đổi độ xốp được mô tả bằng phương trình:

và đối với những cái lớn - theo cấp số nhân:

(1.61)

Ở các thành tạo nứt nẻ, độ thấm thay đổi tùy thuộc vào áp suất mạnh hơn ở các thành tạo xốp, do đó, ở các thành tạo nứt nẻ, có tính đến sự phụ thuộc k(p) cần thiết hơn so với dạng hạt.

Các phương trình trạng thái của chất lỏng hoặc khí bão hòa thành hệ và môi trường xốp khép kín hệ phương trình vi phân.

Đã tích hợp đẳng thức cuối cùng từ các giá trị áp suất ban đầu p 0 và mật độ r 0 đến giá trị hiện tại, chúng tôi nhận được:

Trong trường hợp này, chúng ta thu được sự phụ thuộc tuyến tính của mật độ vào áp suất.

Hằng số khí của không khí và metan lần lượt bằng nhau, R΄ air = 287 J/kg K˚; R΄ metan = 520 J/kg K˚.

Phương trình cuối cùng đôi khi được viết là:

(1.50)

Do đó, từ mật độ đã biết ở những điều kiện nhất định, có thể tính được mật độ khí ở các giá trị khác của áp suất và nhiệt độ:

Loại trừ nhiệt độ bể chứa, chúng ta thu được phương trình trạng thái khí lý tưởng mà chúng ta sẽ sử dụng trong tương lai:

(1.56)

Đối với những thay đổi nhỏ về áp suất, sự phụ thuộc này là tuyến tính.

Với những thay đổi đáng kể về áp suất, sự thay đổi độ xốp được mô tả bằng phương trình:

và đối với những cái lớn - theo cấp số nhân:

(1.61)

Các phương trình trạng thái của chất lỏng hoặc khí bão hòa thành hệ và môi trường xốp khép kín hệ phương trình vi phân.

Trang 5

Nhiệt độ tuyệt đối

Dễ dàng nhận thấy rằng áp suất của một chất khí chứa trong một thể tích không đổi không tỷ lệ thuận với nhiệt độ đo trên thang độ C. Ví dụ, điều này được thấy rõ qua bảng ở chương trước. Nếu ở 100°C áp suất khí là 1,37 kg/cm2 thì ở 200°C áp suất là 1,73 kg/cm2. Nhiệt độ đo bằng nhiệt kế độ C tăng gấp đôi nhưng áp suất khí chỉ tăng 1,26 lần. Tất nhiên, không có gì đáng ngạc nhiên về điều này, vì thang đo nhiệt kế độ C được đặt tùy ý, không có bất kỳ mối liên hệ nào với các định luật giãn nở của chất khí. Tuy nhiên, có thể sử dụng các định luật về chất khí để thiết lập một thang đo nhiệt độ sao cho áp suất của chất khí sẽ tỷ lệ thuận với nhiệt độ đo được trên thang đo mới này. Số không trên thang đo mới này được gọi là số không tuyệt đối. Tên này được chọn bởi vì, như nhà vật lý người Anh Kelvin (William Thomson) (1824-1907) đã chứng minh, không vật nào có thể bị làm lạnh dưới nhiệt độ này.

Theo đó, thang đo mới này được gọi là thang đo nhiệt độ tuyệt đối. Do đó, độ không tuyệt đối biểu thị nhiệt độ bằng -273° C và biểu thị nhiệt độ dưới mức mà không vật thể nào có thể được làm mát trong bất kỳ trường hợp nào. Nhiệt độ được biểu thị bằng 273°+t1 biểu thị nhiệt độ tuyệt đối của một vật có nhiệt độ trên thang độ C bằng t1. Nhiệt độ tuyệt đối thường được ký hiệu bằng chữ T. Do đó, 2730+t1=T1. Thang nhiệt độ tuyệt đối thường được gọi là thang Kelvin và được viết là T° K. Dựa vào kết quả trên

Kết quả thu được có thể diễn đạt bằng lời: áp suất của một khối khí nhất định được đặt trong một thể tích không đổi tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Đây là một biểu hiện mới của định luật Charles.

Công thức (6) cũng thuận tiện để sử dụng trong trường hợp không biết áp suất ở 0°C.

Thể tích khí và nhiệt độ tuyệt đối

Từ công thức (6), chúng ta có thể thu được công thức sau:

Thể tích của một khối khí nhất định ở áp suất không đổi tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Đây là một cách thể hiện mới của định luật Gay-Lussac.

Sự phụ thuộc của mật độ khí vào nhiệt độ

Điều gì xảy ra với mật độ của một khối khí nhất định nếu nhiệt độ tăng nhưng áp suất không đổi?

Hãy nhớ lại rằng mật độ bằng khối lượng của vật thể chia cho thể tích. Vì khối lượng của khí không đổi nên khi đun nóng, mật độ của khí giảm đi nhiều lần khi thể tích tăng lên.

Như chúng ta đã biết, thể tích của một chất khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối nếu áp suất không đổi. Do đó, mật độ của chất khí ở áp suất không đổi tỷ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối. Nếu d1 và d2 là mật độ khí ở nhiệt độ t1 và t2 thì hệ thức được giữ nguyên

Luật khí thống nhất

Chúng tôi đã xem xét các trường hợp khi một trong ba đại lượng đặc trưng cho trạng thái của chất khí (áp suất, nhiệt độ và thể tích) không thay đổi. Chúng ta đã thấy rằng nếu nhiệt độ không đổi thì áp suất và thể tích có liên hệ với nhau theo định luật Boyle-Mariotte; nếu thể tích không đổi thì áp suất và nhiệt độ liên hệ với nhau theo định luật Charles; Nếu áp suất không đổi thì thể tích và nhiệt độ liên hệ với nhau theo định luật Gay-Lussac. Chúng ta hãy thiết lập mối liên hệ giữa áp suất, thể tích và nhiệt độ của một khối lượng khí nhất định nếu cả ba đại lượng này thay đổi.

Đặt thể tích, áp suất và nhiệt độ tuyệt đối ban đầu của một khối khí nhất định bằng V1, P1 và T1, và các giá trị cuối cùng - V2, P2 và T2 - Bạn có thể tưởng tượng rằng quá trình chuyển từ trạng thái ban đầu sang trạng thái cuối cùng xảy ra trong hai giai đoạn. Ví dụ, trước tiên hãy thay đổi thể tích của khí từ V1 thành V2 và nhiệt độ T1 không đổi. Áp suất khí thu được sẽ được ký hiệu là Pav. Sau đó, nhiệt độ thay đổi từ T1 thành T2 với thể tích không đổi và áp suất thay đổi từ Pav. tới P. Hãy lập một bảng:

Định luật Boyle - Mariotte

Định luật Charles

Thay đổi điều này, chúng tôi viết định luật Boyle-Mariotte cho quá trình chuyển đổi đầu tiên

Áp dụng định luật Charles cho chuyển tiếp thứ hai, chúng ta có thể viết

Nhân các số hạng đẳng thức này với số hạng và rút gọn với Pcp, chúng ta nhận được:

Vì vậy, tích của thể tích của một khối khí nhất định và áp suất của nó tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của khí. Đây là định luật thống nhất của trạng thái khí hoặc phương trình trạng thái của khí.

Pháp luật Dalton

Cho đến nay, chúng ta đã nói về áp suất của bất kỳ loại khí nào - oxy, hydro, v.v. Nhưng trong tự nhiên và công nghệ, chúng ta thường xử lý hỗn hợp nhiều loại khí. Ví dụ quan trọng nhất của điều này là không khí, là hỗn hợp của nitơ, oxy, argon, carbon dioxide và các loại khí khác. Áp suất của hỗn hợp khí phụ thuộc vào điều gì?

Đặt vào bình một mảnh chất liên kết hóa học với oxy từ không khí (ví dụ, phốt pho) và nhanh chóng đóng bình bằng nút và ống. được nối với áp kế thủy ngân. Sau một thời gian, toàn bộ oxy trong không khí sẽ kết hợp với phốt pho. Chúng ta sẽ thấy rằng đồng hồ đo áp suất sẽ hiển thị ít áp suất hơn trước khi loại bỏ oxy. Điều này có nghĩa là sự hiện diện của oxy trong không khí làm tăng áp suất của nó.

Một nghiên cứu chính xác về áp suất của một hỗn hợp khí được thực hiện lần đầu tiên bởi nhà hóa học người Anh John Dalton (1766-1844) vào năm 1809. Áp suất mà mỗi khí tạo nên hỗn hợp sẽ có nếu các khí khác bị loại bỏ khỏi hỗn hợp. thể tích chiếm bởi hỗn hợp được gọi là áp suất riêng phần của khí này. Dalton phát hiện ra rằng áp suất của hỗn hợp khí bằng tổng áp suất riêng phần của chúng (định luật Dalton). Lưu ý rằng định luật Dalton không áp dụng được cho các khí có độ nén cao, giống như định luật Boyle-Mariotte.