Abszolút és túlnyomás. Piezometrikus és vákuummagasság

21. kérdés Nyomásmérő műszerek osztályozása. Az elektrokontakt nyomásmérő berendezése, ellenőrzésének módszerei.

Számos technológiai folyamatban a nyomás az egyik fő paraméter, amely meghatározza azok lefolyását. Ide tartoznak: nyomás az autoklávokban és gőzkamrákban, légnyomás a technológiai csővezetékekben stb.

A nyomásérték meghatározása

Nyomás olyan mennyiség, amely az egységnyi területre eső erő hatását jellemzi.

A nyomás nagyságának meghatározásakor szokás különbséget tenni abszolút, légköri, mérő- és vákuumnyomás között.

Abszolút nyomás (o a ) - ez a nyomás bármely rendszerben, amely alatt gáz, gőz vagy folyadék van, abszolút nullától mérve.

Légköri nyomás (o ban ben ) amelyet a földi légkör légoszlopának tömege hozott létre. A terület tengerszint feletti magasságától, a földrajzi szélességtől és a meteorológiai viszonyoktól függően változó értékű.

Túlnyomás az abszolút nyomás (p a) és a légköri nyomás (p b) különbsége határozza meg:

r izb \u003d r a - r c.

Vákuum (vákuum) a gáznak az az állapota, amelyben nyomása kisebb, mint a légköri nyomás. Mennyiségileg a vákuumnyomást a légköri nyomás és a vákuumrendszeren belüli abszolút nyomás különbsége határozza meg:

p vak \u003d p in - p a

Mozgó közegben történő nyomásmérés során a nyomás fogalma alatt statikus és dinamikus nyomást értünk.

Statikus nyomás (o utca ) a gáz vagy folyékony közeg potenciális energiájától függő nyomás; statikus nyomás határozza meg. Lehet többlet vagy vákuum, adott esetben megegyezik a légkörivel.

Dinamikus nyomás (o d ) a gáz vagy folyadék áramlási sebességéből adódó nyomás.

Teljes nyomás (o P ) A mozgó közeg statikus (p st) és dinamikus (p d) nyomásokból áll:

r p \u003d r st + r d.

Nyomásegységek

Az SI mértékegységrendszerben a nyomás mértékegysége az 1 H (newton) erő 1 m²-es felületre, azaz 1 Pa (Pascal) hatását jelenti. Mivel ez az egység nagyon kicsi, a gyakorlati mérésekhez a kilopascalt (kPa = 10 3 Pa) vagy a megapascalt (MPa = 10 6 Pa) használjuk.

Ezenkívül a gyakorlatban a következő nyomásegységeket használják:

vízoszlop milliméter (mm vízoszlop);

higanymilliméter (Hgmm);

légkör;

kilogramm erő négyzetcentiméterenként (kg s/cm²);

A mennyiségek közötti kapcsolat a következő:

1 Pa = 1 N/m²

1 kg s/cm² = 0,0981 MPa = 1 atm

1 mm w.c. Művészet. \u003d 9,81 Pa \u003d 10 -4 kg s / cm² \u003d 10 -4 atm

1 Hgmm Művészet. = 133,332 Pa

1 bar = 100 000 Pa = 750 Hgmm Művészet.

Néhány mértékegység fizikai magyarázata:

1 kg s/cm² egy 10 m magas vízoszlop nyomása;

1 Hgmm Művészet. a nyomáscsökkentés mértéke minden 10 méteres magasságban.

Nyomásmérési módszerek

A nyomás elterjedt alkalmazása, differenciálódása és ritkulása a technológiai folyamatokban szükségessé teszi a nyomásmérési és -szabályozási módszerek és eszközök változatos alkalmazását.

A nyomásmérési módszerek a mért nyomás erőinek és az erők összehasonlításán alapulnak:

megfelelő magasságú folyadékoszlop (higany, víz) nyomása;

rugalmas elemek (rugók, membránok, manometrikus dobozok, harmonika és manometrikus csövek) deformációja során alakult ki;

rakomány súlya;

egyes anyagok deformációjából adódó, elektromos hatásokat kiváltó rugalmas erők.

Nyomásmérő műszerek osztályozása

A cselekvés elve szerinti osztályozás

Ezekkel a módszerekkel összhangban a nyomásmérő műszerek a működési elv szerint a következőkre oszthatók:

folyékony;

deformáció;

rakománydugattyú;

elektromos.

Az iparban legszélesebb körben használt alakváltozásmérő műszerek. A többit többnyire laboratóriumi körülmények között alkalmazták példaként vagy kutatásként.

Osztályozás a mért értéktől függően

A mért értéktől függően a nyomásmérő műszerek a következőkre oszthatók:

nyomásmérők - túlnyomás mérésére (a légköri nyomás feletti nyomás);

mikromanométerek (nyomásmérők) - kis túlnyomások mérésére (40 kPa-ig);

barométerek - a légköri nyomás mérésére;

mikrovákuummérők (tolóerőmérők) - kis vákuum mérésére (-40 kPa-ig);

vákuummérők - vákuumnyomás mérésére;

nyomás- és vákuummérők - túl- és vákuumnyomás mérésére;

nyomásmérők - többlet (40 kPa-ig) és vákuumnyomás (-40 kPa-ig) mérésére;

abszolút nyomásmérők - nyomás mérésére, abszolút nullától mérve;

nyomáskülönbségmérők - a nyomáskülönbség (különbség) mérésére.

Folyadéknyomásmérő műszerek

A folyadékmérő műszerek működése a hidrosztatikus elven alapul, amelyben a mért nyomást a gát (munka) folyadékoszlop nyomása egyensúlyozza ki. A folyadék sűrűségétől függő szintkülönbség a nyomás mértéke.

U- alakú manométer- Ez a legegyszerűbb eszköz a nyomás vagy nyomáskülönbség mérésére. Ez egy hajlított üvegcső, amelyet munkafolyadékkal (higannyal vagy vízzel) töltenek meg, és egy skálával rögzítik egy panelhez. A cső egyik vége a légkörhöz, a másik pedig ahhoz az objektumhoz csatlakozik, ahol a nyomást mérik.

A kétcsöves nyomásmérők felső mérési határa 1 ... 10 kPa, 0,2 ... 2%-os csökkentett mérési hibával. Az eszközzel végzett nyomásmérés pontosságát a h érték (a folyadékszint különbségének értéke), a munkafolyadék sűrűségének ρ meghatározásának pontossága határozza meg, és nem függ a keresztmetszettől. a csőből.

A folyadéknyomásmérő műszereket a leolvasások távoli továbbításának hiánya, a kis mérési határok és az alacsony szilárdság jellemzi. Ugyanakkor egyszerűségük, alacsony költségük és viszonylag nagy mérési pontosságuk miatt széles körben alkalmazzák a laboratóriumokban, ritkábban az iparban.

Deformációs nyomásmérő műszerek

Azon alapulnak, hogy a szabályozott közeg nyomása vagy vákuumja által az érzékeny elemre ható erőt kiegyenlítik a különböző típusú rugalmas elemek rugalmas alakváltozási erőivel. Ezt a lineáris vagy szögeltolódások formájában jelentkező deformációt egy rögzítőeszközre (kijelző vagy rögzítő) továbbítják, vagy elektromos (pneumatikus) jellé alakítják át távoli átvitel céljából.

Érzékeny elemként egyfordulatú csőrugókat, többfordulatú csőrugókat, rugalmas membránokat, csőrugót és rugós csőrugót használnak.

Membránok, csőrugók és csőrugók gyártásához bronz, sárgaréz, króm-nikkel ötvözeteket használnak, amelyeket kellően nagy rugalmasság, korrózióállóság, a paraméterek hőmérséklet-változásoktól való alacsony függése jellemez.

Membrán eszközök semleges gáznemű közeg alacsony nyomásának (40 kPa-ig) mérésére szolgálnak.

Fújtatós készülékek Nem agresszív gázok túl- és vákuumnyomásának mérésére tervezték 40 kPa-ig, 400 kPa-ig (nyomásmérőként), 100 kPa-ig (vákuummérőként), -100 ... + 300 kPa (kombinált nyomás- és vákuummérőként).

Csőrugós készülékek a leggyakoribb manométerek, vákuummérők és kombinált nyomás- és vákuummérők közé tartoznak.

A csőrugó vékony falú, körívben hajlított, tömített egyik végű cső (egy- vagy többfordulatú), amely rézötvözetből vagy rozsdamentes acélból készül. Amikor a csőben lévő nyomás növekszik vagy csökken, a rugó egy bizonyos szögben letekerődik vagy elcsavarodik.

A szóban forgó típusú nyomásmérőket a 60 ... 160 kPa felső mérési határokra gyártják. A vákuummérőket 0…100 kPa skálával gyártják. A vákuummérők mérési határértékei: -100 kPa-tól +-ig (60 kPa ... 2,4 MPa). Pontossági osztály az üzemi nyomásmérőkhöz 0,6 ... 4, példamutatóhoz - 0,16; 0,25; 0.4.

Holtsúly tesztelők a mechanikai vezérlés ellenőrzésére szolgáló készülékek, valamint a közepes és nagy nyomású példakénti nyomásmérők. A bennük lévő nyomást a dugattyúra helyezett kalibrált súlyok határozzák meg. Munkafolyadékként kerozint, transzformátort vagy ricinusolajat használnak. A holtteher nyomásmérők pontossági osztálya 0,05 és 0,02%.

Elektromos nyomásmérők és vákuummérők

Az ebbe a csoportba tartozó eszközök működése bizonyos anyagok azon tulajdonságán alapul, hogy nyomás alatt megváltoztatják elektromos paramétereiket.

Piezoelektromos nyomásmérők nagyfrekvenciás pulzáló nyomás mérésére olyan mechanizmusokban, amelyeknél az érzékeny elem megengedett terhelése legfeljebb 8·10 3 GPa. A piezoelektromos manométerek érzékeny elemei, amelyek a mechanikai feszültségeket elektromos áram rezgésekké alakítják át, néhány milliméter vastag hengeres vagy téglalap alakú kvarcból, bárium-titanátból vagy PZT kerámiából (ólomcirkonát-titonát) készült lemezek.

Nyújtásmérők kis átmérőjűek, egyszerű eszközzel, nagy pontossággal és működési megbízhatósággal rendelkeznek. A leolvasás felső határa 0,1 ... 40 MPa, pontossági osztály 0,6; 1. és 1.5. Nehéz gyártási körülmények között használják őket.

A nyúlásmérők érzékeny elemeként nyúlásmérőket használnak, amelyek működési elve a deformáció hatására bekövetkező ellenállás változásán alapul.

A mérőben lévő nyomást egy kiegyensúlyozatlan hídáramkör méri.

A membrán zafírlemezzel és nyúlásmérőkkel történő deformációja következtében a híd kiegyensúlyozatlansága feszültség formájában jelentkezik, amelyet egy erősítő a mért nyomással arányos kimeneti jellé alakít át.

Differenciálnyomásmérők

Folyadékok és gázok nyomáskülönbségének (különbségének) mérésére szolgálnak. Használhatók gázok és folyadékok áramlásának, folyadékszint mérésére, valamint kis túl- és vákuumnyomás mérésére.

Membrános nyomáskülönbségmérők A nem sakál elsődleges mérőeszközök nem agresszív közeg nyomásának mérésére szolgálnak, és a mért értéket egységes analóg 0 ... 5 mA DC jellé alakítják át.

A DM típusú nyomáskülönbségmérőket 1,6 ... 630 kPa nyomásesés korlátozására gyártják.

Fújtatós nyomáskülönbségmérők 1…4kPa nyomásesés korlátozására gyártják, 25kPa maximálisan megengedett üzemi túlnyomásra tervezték.

Az elektrokontakt nyomásmérő berendezése, ellenőrzési módszerei

Elektrokontakt nyomásmérő készülék

ábra - Elektrokontakt nyomásmérők sematikus diagramjai: a- egyérintkezős rövidzárlathoz; b- egyérintkezős nyitás; c - kétérintkezős nyitott-nyitva; G– kétérintkezős rövidzárlathoz – rövidzárlathoz; d- kétérintkezős nyitás-zárás; e- kétérintkezős záráshoz-nyitáshoz; 1 - mutató nyíl; 2 és 3 – elektromos alapérintkezők; 4 és 5 – zárt és nyitott érintkezők zónái; 6 és 7 – hatás tárgyai

Az elektrokontakt nyomásmérő működésének tipikus diagramja az ábrán szemléltethető ( a). A nyomás növekedésével és egy bizonyos érték elérésekor az index nyíl 1 elektromos érintkezéssel belép a zónába 4 és az alapérintkezővel záródik 2 a készülék elektromos áramköre. Az áramkör lezárása pedig a 6. befolyási tárgy üzembe helyezéséhez vezet.

A nyitó áramkörben (ábra. . b) nyomás hiányában az indexnyíl elektromos érintkezői 1 és alapérintkező 2 zárva. Feszültség alatt U in a készülék elektromos áramköre és a hatás tárgya. Amikor a nyomás emelkedik, és a mutató áthalad a zárt érintkezők zónáján, az eszköz elektromos áramköre megszakad, és ennek megfelelően a hatás tárgyára irányított elektromos jel megszakad.

Gyártási körülmények között leggyakrabban kétérintkezős elektromos áramkörökkel ellátott nyomásmérőket használnak: az egyiket hang- vagy fényjelzésre, a második pedig a különféle típusú vezérlési rendszerek működésének megszervezésére szolgál. Így a nyitó-záró áramkör (ábra). d) lehetővé teszi, hogy egy csatorna megnyisson egy elektromos áramkört egy bizonyos nyomás elérésekor, és a tárgyra becsapódás jelét fogadja 7 , és a második szerint - az alapérintkező segítségével 3 zárja le a nyitott második elektromos áramkört.

Záró-nyitó áramkör (ábra. . e) lehetővé teszi növekvő nyomással az egyik áramkör bezárását, a második pedig a nyitást.

Kétérintkezős áramkörök a záráshoz-záráshoz (ábra). G) és nyitás-nyitás (ábra. ban ben) biztosítsa mindkét elektromos áramkör lezárását, vagy ennek megfelelően azok nyitását, ha a nyomás emelkedik és eléri az azonos vagy eltérő értéket.

A nyomásmérő elektrokontakt része lehet egybeépítve, közvetlenül a mérőszerkezettel kombinálva, vagy a készülék előlapjára szerelt elektrokontaktus csoport formájában rögzíthető. A gyártók hagyományosan olyan kialakításokat használnak, amelyekben az elektrokontaktus csoport rúdjait a cső tengelyére szerelték fel. Egyes készülékekben általában egy elektromos érintkezőcsoport van felszerelve, amely a nyomásmérő indexnyílán keresztül csatlakozik az érzékeny elemhez. Egyes gyártók elsajátították az elektrokontakt nyomásmérőt mikrokapcsolókkal, amelyeket a mérő átviteli mechanizmusára szereltek fel.

Az elektrokontakt manométerek mechanikus érintkezőkkel, mágneses előfeszítésű érintkezőkkel, induktív párral, mikrokapcsolókkal készülnek.

Szerkezetileg a legegyszerűbb a mechanikus érintkezőkkel rendelkező elektrokontaktus csoport. A dielektromos alapra egy alapérintkező van rögzítve, amely egy további nyíl, amelyen egy elektromos érintkező van rögzítve és egy elektromos áramkörhöz van csatlakoztatva. Egy másik elektromos áramkör csatlakozója egy index nyíllal mozgó érintkezőhöz csatlakozik. Így a nyomás növekedésével az indexnyíl elmozdítja a mozgatható érintkezőt, amíg az nem kapcsolódik a kiegészítő nyílra rögzített második érintkezőhöz. A szirmok vagy fogaslécek formájában készült mechanikus érintkezők ezüst-nikkel (Ar80Ni20), ezüst-palládium (Ag70Pd30), arany-ezüst (Au80Ag20), platina-iridium (Pt75Ir25) ötvözetből készülnek.

A mechanikus érintkezőkkel rendelkező eszközöket 250 V-ig terjedő feszültségre tervezték, és legfeljebb 10 W DC vagy 20 V × A AC maximális megszakítóteljesítménynek ellenállnak. Az érintkezők alacsony megszakítóképessége kellően nagy válaszpontosságot biztosít (a teljes skálaérték 0,5%-áig).

Erősebb elektromos csatlakozást a mágneses előfeszítésű érintkezők biztosítanak. Különbségük a mechanikusoktól, hogy az érintkezők hátoldalára kisméretű mágnesek vannak rögzítve (ragasztóval vagy csavarokkal), ami növeli a mechanikai csatlakozás szilárdságát. A mágneses előfeszítésű érintkezők maximális megszakítóereje legfeljebb 30 W DC vagy 50 V×A AC és 380 V feszültség. Az érintkezőrendszerben lévő mágnesek miatt a pontossági osztály nem haladja meg a 2,5 értéket.

EKG-ellenőrzési módszerek

Az elektromos érintkező nyomásmérőket, valamint a nyomásérzékelőket rendszeresen ellenőrizni kell.

Az elektrokontaktus nyomásmérőket terepen és laboratóriumi körülmények között háromféleképpen lehet ellenőrizni:

nullapont ellenőrzés: a nyomás eltávolításakor a mutatónak vissza kell térnie a „0” jelzéshez, a mutató hiánya nem haladhatja meg a műszer hibatűrésének felét;

a munkapont ellenőrzése: a vizsgált készülékhez egy ellenőrző nyomásmérőt csatlakoztatunk, és mindkét készülék leolvasott értékét összehasonlítjuk;

hitelesítés (kalibrálás): az eszköz hitelesítése az ilyen típusú készülékek hitelesítési (kalibrálási) eljárása szerint.

Az elektroérintkezős nyomásmérőket és nyomáskapcsolókat ellenőrzik a jelérintkezők működésének pontosságára, a működési hiba nem lehet nagyobb, mint az útlevélben megadott.

Ellenőrzési eljárás

Végezze el a nyomástartó berendezés karbantartását:

Ellenőrizze a tömítések jelölését és biztonságát;

A burkolat rögzítésének megléte és erőssége;

Nincs szakadt földvezeték;

A horpadások és látható sérülések, por és szennyeződés hiánya a házon;

Az érzékelő rögzítésének erőssége (helyszíni munka);

Kábelszigetelés integritása (helyszíni munka);

A kábelrögzítés megbízhatósága a vízkészülékben (munka a működési helyen);

A rögzítőelemek meghúzásának ellenőrzése (helyszíni munka);

Az érintkező eszközöknél ellenőrizze a szigetelési ellenállást a házzal szemben.

Szereljen össze egy áramkört az érintkező nyomásmérő eszközökhöz.

Fokozatosan növelve a nyomást a bemenetnél, mérje le a példaértékű műszert az előre és hátramenet (nyomáscsökkentés) során. A jelentéseket a mérési tartomány 5 egyenlő távolságra lévő pontján kell elkészíteni.

Ellenőrizze az érintkezők működésének pontosságát a beállításoknak megfelelően.

Nyomás- fizikai mennyiség, amely a test felületének normálisa mentén ható erők intenzitását jellemzi, és ennek a felületnek az egységnyi területéhez kapcsolódik.

A következő típusú nyomások léteznek:

• légköri (barometrikus)
• Normál
• abszolút
• idomszer (szelvény)
• akumetriás (kisülés)

A nyomás mérésére különféle mértékegységeket használnak: Pascal (Pa), bar, műszaki atmoszféra vagy egyszerűen atmoszféra, higanymilliméter vagy vízoszlop, amelyek a következő arányokban vannak:

1 Pa \u003d 10 ^ -5 bar = 1,02 * 10 ^ -5 kgf / cm2 \u003d 7,5024 * 10 ^ -2 Hgmm. Művészet.

légköri nyomás függ a légréteg tömegétől. A legmagasabb légnyomást a tengerszinten mérték, és 809 Hgmm volt. Art., és a legalacsonyabb - 684 Hgmm. Művészet. A légköri nyomást a higanyoszlop magassága fejezi ki mm-ben, 0 °C-ra csökkentve.

normál nyomás- ez a légnyomás éves átlagértéke tengerszinten, amelyet higanybarométer határoz meg 273 K-es higanyhőmérséklet mellett. Ez körülbelül 101,3 kPa (750 Hgmm). Vagyis a normál nyomást légnyomásnak nevezzük, amely egy fizikai atmoszférával egyenlő, és a légnyomás speciális esete.

abszolút nyomás gázok és folyadékok nyomásának nevezzük zárt térfogatban. Nem függ a környezet állapotától.

Túlnyomás az abszolút nyomás és a légköri nyomás közötti különbség, ha az előbbi nagyobb, mint az utóbbi.

A manométer olyan készülék, amely zárt edényben méri a nyomást, ezen az edényen kívül a környezet oldaláról és az edény oldaláról egyaránt nyomást tapasztal. Ezért az edényben lévő gáz teljes vagy abszolút nyomása megegyezik a túlnyomás és a légköri nyomás összegével.

vákuumnyomás a légnyomás és az abszolút nyomás közötti különbség, ha az utóbbi kisebb, mint az előbbi.

A nyomás számértékét nemcsak az elfogadott mértékegységrendszer, hanem a választott referenciapont is meghatározza. Történelmileg három nyomás-referenciarendszer létezett: abszolút, mérő és vákuum (2.2. ábra).

Rizs. 2.2. Nyomásmérlegek. Az abszolút nyomás, a túlnyomás és a vákuum kapcsolata

Az abszolút nyomást az abszolút nullától mérjük (2.2. ábra). Ebben a rendszerben a légköri nyomás . Ezért az abszolút nyomás az

.

Az abszolút nyomás mindig pozitív.

Túlnyomás légköri nyomásból mérik, azaz. feltételes nullától. Az abszolút nyomásról a túlnyomásra való átváltáshoz ki kell vonni a légköri nyomást az abszolút nyomásból, amely közelítő számításokban 1-nek tekinthető. nál nél:

.

Néha a túlnyomást túlnyomásnak nevezik.

Vákuumnyomás vagy vákuum a légköri nyomás hiányának nevezik

.

A túlnyomás vagy a légköri nyomás feletti túllépést vagy a légköri nyomás hiányát jelzi. Nyilvánvaló, hogy a vákuumot negatív túlnyomásként lehet ábrázolni

.

Amint látható, ez a három nyomásskála mind az elején, mind a leolvasás irányában különbözik egymástól, bár maga a leolvasás elvégezhető ugyanabban a mértékegységrendszerben. Ha a nyomást műszaki atmoszférában határozzák meg, akkor a nyomás mértékegységének megjelölése ( nál nél) egy másik betű van hozzárendelve attól függően, hogy milyen nyomást veszünk „nullának”, és milyen irányban történik a pozitív számlálás.

Például:

- az abszolút nyomás 1,5 kg/cm 2 ;

- a túlnyomás 0,5 kg/cm 2 ;

- a vákuum 0,1 kg/cm 2 .

A mérnököt leggyakrabban nem az abszolút nyomás, hanem annak a légköri nyomástól való különbsége érdekli, hiszen a szerkezetek falai (tartály, csővezeték stb.) általában ezen nyomáskülönbség hatását tapasztalják. Ezért a legtöbb esetben a nyomásmérő műszerek (nyomásmérők, vákuummérők) közvetlenül mutatják a túlzott (mérő)nyomást vagy vákuumot.

A nyomás mértékegységei. Amint a nyomás definíciójából következik, a mérete egybeesik a feszültség dimenziójával, azaz. az erő dimenziója osztva a terület méretével.

A nyomás mértékegysége a Nemzetközi Mértékegységrendszerben (SI) a pascal, amely a rá merőleges felületen egyenletesen eloszló erő által okozott nyomás, pl. . Ezzel a nyomásegységgel együtt megnövelt mértékegységeket használnak: kilopascal (kPa) és megapascal (MPa).

Az abszolút nullától mért nyomást abszolút nyomásnak nevezzük és jelöljük p abs. Az abszolút nulla nyomás a nyomófeszültségek teljes hiányát jelenti.

Nyitott edényekben vagy tározókban a felszínen a nyomás megegyezik a légköri nyomással p atm. Az abszolút nyomás közötti különbség p hasizom és atmoszférikus p Az atm-t túlnyomásnak nevezzük

p kunyhó = p hasizom - p atm.

Ha a folyadék térfogatának bármely pontján a nyomás nagyobb, mint a légköri nyomás, azaz akkor a túlnyomás pozitív és ún. manometrikus.

Ha a nyomás bármely ponton a légköri nyomás alatt van, azaz a túlnyomás negatív. Ebben az esetben úgy hívják ritkítás vagy légritkításmérő nyomás. A ritkítás vagy a vákuum értékét a légköri nyomás hiányának tekintjük:

p wack =p bankautomata - p hasizmok;

p izb = - p vakáció.

A maximális vákuum akkor lehetséges, ha az abszolút nyomás egyenlő lesz a telített gőznyomással, azaz. p abs = p n.p. Azután

p wack max =p bankautomata - p n.p.

Ha a telítési gőznyomás elhanyagolható, akkor megvan

p wack max =p atm.

A nyomás mértékegysége SI-ben pascal (1 Pa = 1 N / m 2), a műszaki rendszerben - műszaki légkör (1 at = 1 kg / cm 2 = 98,1 kPa). A műszaki problémák megoldása során a légköri nyomást 1-nek tételezzük fel = 98,1 kPa.

A mérő (túllépés) és a vákuum (vákuum) nyomás mérése gyakran felül nyitott üvegcsövek segítségével történik - a nyomásmérési helyhez rögzített piezométerekkel (2.5. ábra).

A piezométerek a nyomást a csőben lévő folyadék magasságának egységeiben mérik. Csatlakoztassa a piezométer csövét a tartályhoz mélyen h egy . A piezométer csövében a folyadék felemelkedésének magasságát a csatlakozási ponton lévő folyadéknyomás határozza meg. Nyomás a tartályban a mélységben h 1-et a hidrosztatika alaptörvénye határozza meg a (2.5) alakban.

,

ahol az abszolút nyomás a piezométer csatlakozási pontjában;

az abszolút nyomás a folyadék szabad felületén.

Nyomás a piezométer csőben (felül nyitott) a mélységben h egyenlő

.

A nyomások egyenlőségének feltételéből a tartály oldalán lévő csatlakozási pontnál és a piezometrikus csőben azt kapjuk, hogy

.

(2.6)

Ha a folyadék szabad felületén az abszolút nyomás nagyobb, mint a légköri ( p 0 > p atm) (2.5. ábra. a), akkor a túlnyomás manometrikus lesz, és a folyadék magassága a piezométer csövében h > h egy . Ebben az esetben a piezométer csövében a folyadék emelkedésének magasságát ún manometrikus vagy piezometrikus magasság.

A mérőnyomást ebben az esetben a következőképpen határozzuk meg

Ha a tartály szabad felületén az abszolút nyomás kisebb, mint a légköri nyomás (2.5. ábra). b), majd a (2.6) képletnek megfelelően a piezométer csövében lévő folyadék magassága h kisebb lesz a mélység h egy . Azt a mennyiséget, amennyivel a piezométerben a folyadék szintje a tartályban lévő folyadék szabad felületéhez képest csökken, ún vákuummagasság h wak (2.5. ábra. b).

Gondolj egy másik érdekes tapasztalatra. A folyadékhoz zárt tartályban, azonos mélységben két függőleges üvegcső van rögzítve: felül nyitott (piezométer), felül lezárva (2.6. ábra). Feltételezzük, hogy a lezárt csőben teljes vákuum jön létre, azaz a lezárt csőben a folyadék felületére ható nyomás nulla. (Szigorúan véve a folyadék szabad felülete feletti nyomás egy lezárt csőben megegyezik a telített gőznyomással, de közönséges hőmérsékleten kicsisége miatt ez a nyomás elhanyagolható).

A (2.6) képlet szerint a lezárt csőben lévő folyadék a mélységben uralkodó abszolút nyomásnak megfelelő magasságba emelkedik h 1:

.

És a piezométerben lévő folyadék, amint azt korábban bemutattuk, a mélységben lévő túlnyomásnak megfelelő magasságra emelkedik h 1 .

Térjünk vissza a hidrosztatika alapegyenletéhez (2.4). Érték H egyenlő

hívott piezometrikus nyomás.

A (2.7), (2.8) képletekből következően a fejet méterben mérik.

A hidrosztatika alapegyenlete (2.4) szerint egy tetszőlegesen választott összehasonlító síkhoz képest nyugalmi folyadékban a hidrosztatikus és piezometrikus fejek egyaránt állandóak. A nyugalmi folyadék térfogatának minden pontjában a hidrosztatikus fej azonos. Ugyanez mondható el a piezometrikus fejről is.

Ez azt jelenti, hogy ha a piezométereket egy tartályhoz csatlakoztatjuk, ahol a folyadék különböző magasságban nyugszik, akkor az összes piezométer folyadékszintje azonos magasságban lesz beállítva egy vízszintes síkban, amelyet piezometrikus síknak nevezünk.

Vízszintes felületek

Sok gyakorlati feladatnál fontos a szintfelület típusának és egyenletének meghatározása.

Egyenletes felület vagy egyenlő nyomású felület folyadékban olyan felületet nevezünk, amelynek minden pontján a nyomás azonos, azaz egy ilyen felületen dp= 0.

Mivel a nyomás a koordináták bizonyos függvénye, pl. p = f(x,y,z), akkor az egyenlő nyomású felület egyenlete a következő lesz:

Állandót adni C eltérő értékeket kapunk, különböző szintfelületeket kapunk. A (2.9) egyenlet síkfelületek családjának egyenlete.

szabad felület Ez a határfelület a cseppfolyós folyadék és egy gáz, különösen a levegő között. Általában csak összenyomhatatlan (csepegő) folyadékok esetében beszélünk szabad felületről. Nyilvánvaló, hogy a szabad felület egyben egyenlő nyomású felület is, melynek értéke megegyezik a gázban (a határfelületen) uralkodó nyomással.

A sík felület analógiájára a fogalom bevezetésre kerül egyenlő potenciálú felületek vagy ekvipotenciális felület olyan felület, amelynek minden pontján az erőfüggvény azonos értékű. Vagyis ilyen felületen

U= const

Ekkor az ekvipotenciális felületek családjának egyenlete a következő formában lesz

U(x,y,z)= C,

hol van az állandó C különböző értékeket vesz fel a különböző felületekre.

Az Euler-egyenletek integrál alakjából (2.3. egyenletek) az következik, hogy

Ebből az összefüggésből arra a következtetésre juthatunk, hogy az egyenlő nyomású és azonos potenciálú felületek egybeesnek, mert dp= 0i dU= 0.

Az egyenlő nyomású és azonos potenciálú felületek legfontosabb tulajdonsága a következő: a bármely ponton elhelyezkedő folyékony részecskére ható testerő a normál mentén az ezen a ponton áthaladó síkfelületre irányul.

Bizonyítsuk be ezt a tulajdonságot.

Hagyja, hogy egy folyadékrészecske egy koordinátákkal rendelkező pontból egy ekvipotenciális felület mentén mozogjon egy koordinátákkal rendelkező pontba. A testerők munkája ezen az elmozduláson egyenlő lesz

De mivel a folyadékrészecske az ekvipotenciális felület mentén mozgott, dU= 0. Ez azt jelenti, hogy a részecskére ható testerők munkája nullával egyenlő. Az erők nem egyenlőek nullával, az elmozdulás nem egyenlő nullával, akkor a munka csak akkor lehet nulla, ha az erők merőlegesek az elmozdulásra. Vagyis a test erői a vízszintes felülethez képest normálisak.

Figyeljünk arra, hogy a hidrosztatika főegyenletében, amely arra az esetre íródott, amikor csak egyfajta testerők hatnak a folyadékra - a gravitáció (lásd a (2.5) egyenletet)

,

nagyságrendű p A 0 nem feltétlenül a folyadék felületére ható nyomást jelenti. Bárhol lehet nyomás, ahol tudjuk. Azután h a mélységkülönbség (függőlegesen lefelé) azon pont között, ahol a nyomás ismert, és ahol meg akarjuk határozni. Így ezzel az egyenlettel meghatározhatja a nyomásértéket p bármely ponton ismert nyomáson keresztül egy ismert ponton - p 0 .

Vegye figyelembe, hogy az érték nem függ p 0 . Ezután a (2.5) egyenletből következik a következtetés: mennyit fog változni a nyomás p 0 , a nyomás a folyadék térfogatának bármely pontján ugyanúgy változik p. Mivel azok a pontok, ahol rögzítjük pés p 0 önkényesen van kiválasztva, ami azt jelenti a nyugalmi folyadék bármely pontján létrejövő nyomás a folyadék elfoglalt térfogatának minden pontjára továbbítódik anélkül, hogy annak értéke megváltozna.

Mint tudják, ez Pascal törvénye.

A (2.5) egyenlet segítségével meghatározható a nyugalmi folyadék szintfelületeinek alakja. Ehhez fel kell tenni p= konst. Az egyenletből következik, hogy ez csak akkor tehető meg, ha h= konst. Ez azt jelenti, hogy amikor a térfogati erőkből csak gravitációs erők hatnak a folyadékra, a szintfelületek vízszintes síkok.

A nyugalomban lévő folyadék szabad felülete is ugyanaz a vízszintes sík.

A műszaki alkalmazásokban a nyomást általában ún abszolút nyomás. Illetve lépjen be hívott túlnyomás és vákuum, amelyek meghatározása a légköri nyomás függvényében történik.

Ha a nyomás nagyobb, mint a légköri nyomás (), akkor a légköri nyomás feletti túlnyomást nevezzük redundáns nyomás:

;

ha a nyomás kisebb a légköri nyomásnál, akkor a légköri nyomás hiányát nevezzük vákuum(vagy vákuum nyomás):

.

Nyilvánvaló, hogy mindkét mennyiség pozitív. Például, ha azt mondják: a túlnyomás 2 atm., ez azt jelenti, hogy az abszolút nyomás . Ha azt mondják, hogy a vákuum az edényben 0,3 atm., akkor ez azt jelenti, hogy az edényben az abszolút nyomás egyenlő stb.

FOLYADÉKOK. HIDROSZTATIKA

A folyadékok fizikai tulajdonságai

A csepegtető folyadékok összetett rendszerek számos fizikai és kémiai tulajdonsággal. Az olaj- és petrolkémiai ipar a víz mellett olyan folyadékokkal is foglalkozik, mint a kőolaj, könnyű olajtermékek (benzinek, kerozinok, dízel- és fűtőolajok stb.), különféle olajokkal, valamint egyéb, az olajfinomítás során keletkező folyadékokkal. . Először is térjünk ki a folyadék azon tulajdonságaira, amelyek fontosak az olaj és olajtermékek szállításának és tárolásának hidraulikai problémáinak tanulmányozása szempontjából.

Folyadékok sűrűsége. Összenyomhatósági tulajdonságok

és hőtágulás

Minden folyadék bizonyos szabványos körülmények között (például légköri nyomás és 20 0 C hőmérséklet) névleges sűrűséggel rendelkezik. Például az édesvíz névleges sűrűsége 1000 kg/m 3, a higany sűrűsége 13590 kg/m 3, nyersolajok 840-890 kg/m 3, benzin 730-750 kg/m 3 , dízel üzemanyagok 840-860 kg/m 3. Ugyanakkor a levegő sűrűsége az kg/m 3 és földgáz kg/m 3 .

A nyomás és a hőmérséklet változásával azonban a folyadék sűrűsége változik: általában a nyomás növekedésével vagy a hőmérséklet csökkenésével nő, a nyomás csökkenésével vagy a hőmérséklet növekedésével pedig csökken.

Elasztikus folyadékok

A csepegtető folyadékok sűrűségében bekövetkező változások általában kicsik a névleges értékhez (() képest, ezért esetenként a modell segítségével írják le összenyomhatóságuk tulajdonságait. rugalmas folyadékok. Ebben a modellben a folyadék sűrűsége a nyomástól függ a képlet szerint

amelyben az együtthatót nevezzük összenyomhatósági tényező; a folyadék sűrűsége névleges nyomáson. Ez a képlet azt mutatja, hogy a fenti nyomástöbblet a folyadék sűrűségének növekedéséhez, ellenkező esetben csökkenéséhez vezet.

Szintén használt rugalmassági modulus K(Pa), amely egyenlő a . Ebben az esetben a (2.1) képletet a következőképpen írjuk fel

. (2.2)

A víz rugalmassági modulusának átlagos értékei Pa, olaj és olajtermékek Pa. Ebből az következik, hogy az eltérések folyadéksűrűség a névleges sűrűségtől rendkívül kicsi. Például ha MPa(atm.), majd egy folyadékkal együtt kg/m 3 eltérése 2,8 lesz kg/m 3 .

Hőtágulású folyadékok

Azt a tényt, hogy a különböző közegek melegítéskor kitágulnak, lehűléskor pedig összehúzódnak, a térfogati tágulású folyadékmodellben figyelembe veszik. Ebben a modellben a sűrűség a hőmérséklet függvénye, tehát:

amelyben () a térfogati tágulási együttható, és a folyadék névleges sűrűsége és hőmérséklete. Víz, olaj és olajtermékek esetében az együttható értékeit a 2.1. táblázat tartalmazza.

A (2.3) képletből különösen az következik, hogy hevítéskor, pl. azokban az esetekben, amikor a folyadék kitágul; és azokban az esetekben, amikor a folyadékot összenyomják.

2.1. táblázat

Térfogattágulási együttható

1. példa. A benzin sűrűsége 20 0 C-on 745 kg/m 3 . Mennyi ugyanannak a benzinnek a sűrűsége 10 0 C hőmérsékleten?

Döntés. A (2.3) képlet és az 1. táblázat segítségével a következőket kapjuk:

kg/m 3 , azok. ez a sűrűség 8,3-mal nőtt kg/m3.

Olyan folyadékmodellt is alkalmaznak, amely a nyomást és a hőtágulást egyaránt figyelembe veszi. Ebben a modellben a következő állapotegyenlet érvényes:

. (2.4)

2. példa. A benzin sűrűsége 20 0 C-on és légköri nyomáson(MPa)egyenlő 745 kg/m 3 . Mennyi ugyanannak a benzinnek a sűrűsége 10 0 C hőmérsékleten és 6,5 MPa nyomáson?

Döntés. A (2.4) képlet és a 2.1 táblázat segítségével a következőket kapjuk:

kg/m 3 , azaz ez a sűrűség 12-vel nőtt kg/m 3 .

összenyomhatatlan folyadék

Azokban az esetekben, amikor a folyékony részecskék sűrűségének változása elhanyagolható, az ún. össze nem nyomható folyadékok. Egy ilyen feltételezett folyadék minden részecskéjének sűrűsége állandó marad a mozgás teljes ideje alatt (más szóval a teljes származék), bár a különböző részecskék esetében eltérő lehet (például víz-olaj emulziók esetében). Ha az összenyomhatatlan folyadék homogén, akkor

Hangsúlyozzuk, hogy összenyomhatatlan folyadék csak modell, amely olyan esetekben használható, amikor a folyadék sűrűségének változása sokkal kisebb, mint magának a sűrűségnek az értéke, így .

Folyadék viszkozitása

Ha a folyadékrétegek egymáshoz képest mozognak, akkor súrlódási erők lépnek fel közöttük. Ezeket az erőket erőknek nevezzük viszkózus súrlódás, és a rétegek relatív mozgásával szembeni ellenállás tulajdonsága - viszkozitás folyadékok.

Például hadd mozogjanak a folyékony rétegek az ábrán látható módon. 2.1.

Rizs. 2.1. A viszkózus súrlódás meghatározásáról

Itt látható a sebességek eloszlása ​​az áramlásban, és a normál iránya a helyhez . A felső rétegek gyorsabban mozognak, mint az alsók, ezért az első oldaláról súrlódási erő hat, amely a másodikat előre húzza az áramlás mentén , az alsó rétegek oldaláról pedig súrlódási erő hat, gátolva a felső rétegek mozgását. Az érték az x- a súrlódási erő összetevője a folyadékrétegek között, amelyeket egy normál platformmal választanak el y egységnyi területre számítva.

Ha figyelembe vesszük a deriváltot, akkor az jellemzi a nyírási sebességet, azaz. a folyadékrétegek sebességének különbsége, egységnyi távolságra számítva. Kiderült, hogy sok folyadékra az a törvény érvényes, amely szerint a rétegek közötti nyírófeszültség arányos e rétegek sebességének különbségével, egységnyi távolságra számítva:

Ennek a törvénynek a jelentése világos: minél nagyobb a folyadékrétegek relatív sebessége (nyírási sebesség), annál nagyobb a rétegek közötti súrlódási erő.

Olyan folyadékot nevezünk, amelyre a (2.5) törvény érvényes Newtoni viszkózus folyadék. Sok cseppfolyós folyadék megfelel ennek a törvénynek, azonban a benne foglalt arányossági együttható különböző folyadékoknál eltérő. Az ilyen folyadékokat newtoninak mondják, de eltérő viszkozitásúak.

A törvényben foglalt arányossági együttható (2,5) ún dinamikus viszkozitási együttható.

Ennek az együtthatónak a dimenziója

.

Az SI rendszerben mértékegységben mérik és fejezik ki egyensúly(Pz). Ezt az egységet tiszteletére vezették be Jean Louis Marie Poiseuille, (1799-1869) - kiváló francia orvos és fizikus, aki sokat tett a folyadék (különösen a vér) csőben való mozgásának tanulmányozásáért.

A poise meghatározása a következő: 1 Pz= 0,1. Hogy képet kapjunk az értékről 1 Pz, megjegyezzük, hogy a víz dinamikus viszkozitásának együtthatója százszor kisebb, mint 1 Pz, azaz. 0,01 Pz= 0,001 = 1 centi Poise. A benzin viszkozitása 0,4-0,5 Pz, a gázolajé 4-8 Pz, olaj - 5-30 Pzés több.

A folyadék viszkózus tulajdonságainak leírásához egy másik együttható is fontos, ez a dinamikus viszkozitási együttható és a folyadék sűrűségének aránya, mégpedig . Ezt az együtthatót jelöljük és nevezzük kinematikai viszkozitási együttható.

A kinematikai viszkozitási együttható mérete a következő:

= .

Az SI rendszerben mérik m 2 /sés a Stokes fejezi ki ( George Gabriel Stokes(1819-1903) - kiváló angol matematikus, fizikus és hidromechanikus):

1 utca= 10 -4 m 2 / s.

A víz kinematikai viszkozitásának ezzel a meghatározásával a következőket kapjuk:

Más szavakkal, a dinamikus és kinematikus viszkozitás mértékegységeit úgy választjuk meg, hogy a vízre mindkettő 0,01 egység legyen: 1 cps az első esetben és az 1 cSt- a másodikban.

Referenciaként jelezzük, hogy a benzin kinematikai viszkozitása körülbelül 0,6 cSt; gázolaj - cSt; alacsony viszkozitású olaj - cSt stb.

Viszkozitás a hőmérséklet függvényében. Sok folyadék – víz, olaj és szinte minden kőolajtermék – viszkozitása a hőmérséklettől függ. A hőmérséklet emelkedésével a viszkozitás csökken, a hőmérséklet csökkenésével nő. A viszkozitás, például a hőmérséklettől való kinematikai függésének kiszámításához különféle képleteket használnak, beleértve O. Reynolds formula - P. A. Filonov

Döntés. A (2.7) képlet szerint kiszámítjuk az együtthatót: . A (2.6) képlet alapján megtaláljuk a kívánt viszkozitást: cSt.

Ideális folyadék

Ha a folyadékrétegek közötti súrlódási erők sokkal kisebbek, mint a normál (nyomó) erők, akkor modellúgynevezett ideális folyadék. Ebben a modellben azt feltételezzük, hogy a platform által elválasztott részecskék közötti érintőleges súrlódási erők a folyadék áramlása során is hiányoznak, és nem csak nyugalmi állapotban (lásd a folyadék definícióját az 1.9. szakaszban). Egy folyadék ilyen sematizálása nagyon hasznosnak bizonyul olyan esetekben, amikor a kölcsönhatási erők (súrlódási erők) érintőleges összetevői sokkal kisebbek, mint a normál összetevőik (nyomáserők). Más esetekben, amikor a súrlódási erők összemérhetők a nyomóerőkkel, vagy akár meg is haladják azokat, az ideális folyadék modellje alkalmatlannak bizonyul.

Mivel egy ideális folyadékban csak normál feszültségek léteznek, a feszültségvektor bármely normál területen merőleges erre a területre. . Az 1.9. pont konstrukcióit megismételve megállapíthatjuk, hogy egy ideális folyadékban minden normál feszültség egyenlő nagyságú és negatív ( ). Ezért egy ideális folyadékban van egy nyomásnak nevezett paraméter:, , és a feszültségmátrix alakja:

. (2.8)