압력 구배 : 정의 및 계산 방법 - 물리적 인

압력 구배는 내부 또는 유체의 경계에서 발생할 수있는 소정의 방향의 변화 나 압력의 차이로 구성된다. 차례로 압력은 유체 (액체 또는 가스)가 유체를 포함하는 벽 또는 경계에 가해지는 단위 면적당 힘입니다.

예를 들어, 물이 채워진 수영장에서는 압력이 깊이에 따라 증가하기 때문에 아래쪽 수직 방향으로 양압 구배가 있습니다. 깊이 1 미터 (또는 센티미터, 피트, 인치)마다 압력이 선형으로 증가합니다.

오일 추출에서 압력 구배는 매우 중요한 양입니다. 출처 : pixabay.com

그러나 동일한 수준에 위치한 모든 지점에서 압력은 동일합니다. 따라서 수영장에서 압력 구배는 수평 방향으로 null (영)입니다.

석유 산업에서 압력 구배는 매우 중요합니다. 구멍 바닥의 압력이 표면보다 높으면 기름이 쉽게 나옵니다. 그렇지 않으면 증기를 펌핑하거나 주입하여 압력 차이를 인위적으로 생성해야합니다.

유체와 그 흥미로운 특성

유체는 분자 구조가 흐름을 허용하는 모든 물질입니다. 유체 분자를 함께 묶는 결합은 고체의 경우만큼 강하지 않습니다. 이를 통해 견인력과 흐름에 대한 저항이 줄어 듭니다.

이 상황은 고체는 고정 된 모양을 유지하는 반면, 이미 언급했듯이 유체는이를 포함하는 용기의 정도보다 더 많거나 적은 정도를 채택한다는 것을 관찰함으로써 알 수 있습니다.

가스와 액체는 이러한 방식으로 작동하기 때문에 유체로 간주됩니다. 가스는 용기의 부피를 채우기 위해 완전히 팽창합니다.

반면에 액체는 특정 부피를 가지고 있기 때문에 그다지 도달하지 않습니다. 차이점은 액체는 비압축성으로 간주 될 수 있지만 가스는 그렇지 않다는 것입니다.

압력을 받으면 가스가 쉽게 압축되고 적응하여 사용 가능한 모든 볼륨을 차지합니다. 압력이 증가하면 부피가 감소합니다. 액체의 경우 밀도 (질량과 부피 사이의 몫으로 제공)는 광범위한 압력과 온도에서 일정하게 유지됩니다.

이 마지막 제한은 실제로 거의 모든 물질이 극한의 온도와 압력의 특정 조건에서 유체처럼 행동 할 수 있기 때문에 중요합니다.

극심한 조건으로 간주 될 수있는 지구 내부에서는 표면에 단단한 암석이 마그마로 녹아 용암 형태로 표면으로 흘러 갈 수 있습니다.

용기 바닥에서 물기둥이나 기타 유체가 가하는 압력을 찾기 위해 유체는 다음과 같은 특성을 갖는 것으로 간주됩니다.

이러한 조건에서 유체 컬럼은이를 포함하는 용기의 바닥에 힘을가합니다. 이 힘은 무게 W와 같습니다.

밀도는 일반적으로 킬로그램 / 입방 미터 (kg / m ³ ) 또는 갤런 당 파운드 (ppg)로 측정됩니다.

정수압 P는 표면에 수직으로 가해지는 힘과 면적 A 사이의 몫으로 정의됩니다.

압력 = 힘 / 면적

유체 기둥의 부피 V = 바닥 면적 x 기둥 높이 = Az를 대체하면 압력 방정식은 다음과 같습니다.

압력은 국제 측정 시스템의 단위가 뉴턴 / 미터 ² 또는 파스칼 (Pa) 인 스칼라 수량 입니다. 영국식 시스템의 단위는 특히 석유 산업에서 널리 사용됩니다 : 평방 인치당 파운드 (psi).

위의 방정식은 밀도가 높은 액체가 더 큰 압력을가한다는 것을 보여줍니다. 그리고 압력이 가해지는 표면이 작을수록 압력이 커집니다.

유체 기둥의 부피 V = 바닥 면적 x 기둥 높이 = Az로 대체하면 압력 방정식이 단순화됩니다.

위의 방정식은 밀도가 높은 액체가 더 큰 압력을가한다는 것을 보여줍니다. 그리고 압력이 가해지는 표면이 작을수록 압력이 커집니다.

방정식 P = ρgz는 유체 기둥의 압력 P가 깊이 z에 따라 선형 적으로 증가 함을 나타냅니다. 따라서 압력의 변화 ΔP는 다음과 같은 방식으로 깊이 Δz의 변화와 관련됩니다.

영어 시스템의 단위는 석유 산업에서 널리 사용됩니다. 이 시스템에서 압력 구배의 단위는 psi / ft 또는 psi / ft입니다. 다른 편리한 단위는 바 / 미터입니다. 갤런 당 파운드 또는 ppg는 밀도에 널리 사용됩니다.

모든 유체의 밀도 및 비중 값은 다양한 온도 및 압력 조건에 대해 실험적으로 결정되었습니다. 값 표에서 사용할 수 있습니다.

다른 단위 시스템 간의 압력 구배 수치를 찾으려면 밀도에서 구배로 직접 연결되는 변환 계수를 사용해야합니다.

변환 계수 0.052는 석유 산업에서 ppg의 밀도에서 psi / ft의 압력 구배로 이동하는 데 사용됩니다. 이러한 방식으로 압력 구배는 다음과 같이 계산됩니다.

Serway, R., Jewett, J. (2008). 과학 및 공학을위한 물리학. 볼륨 2. 멕시코. Cengage 학습 편집자. 367-372.
잘 통제 학교 매뉴얼. 장 01 압력의 원리.