การไล่ระดับความดัน: มันคืออะไรและคำนวณอย่างไร - กายภาพ - 2025

การไล่ระดับความดันประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงหรือความแตกต่างของความดันในทิศทางที่กำหนดซึ่งอาจเกิดขึ้นภายในหรือที่ขอบของของเหลว ในทางกลับกันความดันคือแรงต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ที่กระทำโดยของเหลว (ของเหลวหรือก๊าซ) บนผนังหรือขอบที่มีมันอยู่

ตัวอย่างเช่นในสระที่เต็มไปด้วยน้ำจะมีการไล่ระดับความดันเป็นบวกในแนวตั้งลงเนื่องจากความดันเพิ่มขึ้นตามความลึก ความลึกทุกๆเมตร (หรือเซนติเมตรฟุตนิ้ว) ความดันจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรง

ในการสกัดน้ำมันการไล่ระดับความดันเป็นปริมาณที่สำคัญมาก ที่มา: pixabay.com

อย่างไรก็ตามในทุกจุดที่อยู่ในระดับเดียวกันความดันจะเท่ากัน ดังนั้นในสระว่ายน้ำการไล่ระดับความดันจึงเป็นโมฆะ (ศูนย์) ในแนวนอน

ในอุตสาหกรรมน้ำมันการไล่ระดับความดันมีความสำคัญมาก ถ้าความดันที่ก้นหลุมสูงกว่าที่พื้นผิวน้ำมันจะออกมาอย่างง่ายดาย มิฉะนั้นความแตกต่างของความดันจะต้องถูกสร้างขึ้นโดยเทียมไม่ว่าจะโดยการสูบหรือฉีดไอน้ำ

ของเหลวและคุณสมบัติที่น่าสนใจ

ของเหลวคือวัสดุใด ๆ ที่โครงสร้างโมเลกุลอนุญาตให้ไหลได้ พันธะที่ยึดโมเลกุลของของไหลเข้าด้วยกันจะไม่แข็งแรงเท่าในกรณีของของแข็ง สิ่งนี้ช่วยให้พวกเขาต่อต้านแรงต้านน้อยลงต่อแรงฉุดจึงไหล

สถานการณ์นี้สามารถเห็นได้จากการสังเกตว่าของแข็งมีรูปร่างคงที่ในขณะที่ของเหลวดังที่ได้กล่าวไปแล้วนำไปใช้ในระดับที่มากขึ้นหรือน้อยลงของภาชนะที่บรรจุอยู่

ก๊าซและของเหลวถือเป็นของเหลวเนื่องจากมีพฤติกรรมในลักษณะนี้ ก๊าซจะขยายตัวจนเต็มปริมาตรของภาชนะ

ในทางกลับกันของเหลวไม่สามารถเข้าถึงได้มากนักเนื่องจากมีปริมาณที่แน่นอน ความแตกต่างคือของเหลวถือได้ว่าไม่สามารถบีบอัดได้ในขณะที่ก๊าซไม่สามารถทำได้

ภายใต้ความกดดันก๊าซจะบีบอัดและปรับตัวได้ง่ายโดยใช้ปริมาตรทั้งหมดที่มีอยู่ เมื่อความดันเพิ่มขึ้นปริมาตรจะลดลง ในกรณีของของเหลวความหนาแน่น - กำหนดโดยผลหารระหว่างมวลและปริมาตรจะคงที่ในช่วงความดันและอุณหภูมิที่หลากหลาย

ข้อ จำกัด สุดท้ายนี้มีความสำคัญเนื่องจากในความเป็นจริงสารเกือบทุกชนิดสามารถมีพฤติกรรมเหมือนของเหลวภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันสูง

ในสภาพแวดล้อมภายในของโลกซึ่งถือได้ว่ามีสภาพที่รุนแรงหินที่จะแข็งบนพื้นผิวละลายเป็นหินหนืดและสามารถไหลลงสู่พื้นผิวในรูปแบบของลาวา

การคำนวณความดัน

ในการหาความดันที่เกิดจากคอลัมน์ของน้ำหรือของไหลอื่น ๆ บนพื้นของภาชนะของเหลวจะถูกพิจารณาว่ามีลักษณะดังต่อไปนี้:

• ความหนาแน่นของมันคงที่
• ไม่สามารถบีบอัดได้
• มันอยู่ในสภาวะสมดุลคงที่ (ส่วนที่เหลือ)

คอลัมน์ของของเหลวในสภาวะเหล่านี้ออกแรงที่ด้านล่างของภาชนะที่บรรจุ แรงนี้เทียบเท่ากับน้ำหนัก W:

โดยปกติความหนาแน่นจะวัดเป็นกิโลกรัม / ลูกบาศก์เมตร (kg / m ³ ) หรือปอนด์ต่อแกลลอน (ppg)

ความดันไฮโดรสแตติก P ถูกกำหนดให้เป็นผลหารระหว่างแรงที่กระทำในแนวตั้งฉากกับพื้นผิวและพื้นที่ A:

ความดัน = แรง / พื้นที่

โดยการแทนปริมาตรของคอลัมน์ของไหล V = พื้นที่ของฐาน x ความสูงของคอลัมน์ = Az สมการความดันจะกลายเป็น:

ความดันเป็นปริมาณสเกลาร์ซึ่งหน่วยในระบบการวัดสากลคือนิวตัน / เมตร²หรือปาสกาล (Pa) หน่วยของระบบอังกฤษใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะในอุตสาหกรรมน้ำมัน: ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi)

สมการข้างต้นแสดงให้เห็นว่าของเหลวที่หนาแน่นกว่าจะออกแรงดันมากขึ้น และความดันก็ยิ่งมากขึ้นก็จะยิ่งทำให้พื้นผิวที่ออกแรงนั้นเล็กลง

โดยการแทนปริมาตรของคอลัมน์ของไหล V = พื้นที่ของฐาน x ความสูงของคอลัมน์ = Az ทำให้สมการความดันง่ายขึ้น:

สมการข้างต้นแสดงให้เห็นว่าของเหลวที่หนาแน่นกว่าจะออกแรงดันมากขึ้น และความดันก็ยิ่งมากขึ้นก็จะยิ่งทำให้พื้นผิวที่ออกแรงนั้นเล็กลง

วิธีการคำนวณการไล่ระดับความดัน

สมการ P = ρgzบ่งชี้ว่าความดัน P ของคอลัมน์ของไหลเพิ่มขึ้นในเชิงเส้นโดยมีความลึก z ดังนั้นการแปรผันของความดัน pressureP จะเกี่ยวข้องกับการแปรผันของความลึกΔzในลักษณะต่อไปนี้:

ปัจจัยการแปลงความหนาแน่น

หน่วยของระบบภาษาอังกฤษใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมน้ำมัน ในระบบนี้หน่วยของการไล่ระดับความดันคือ psi / ft หรือ psi / ft หน่วยอำนวยความสะดวกอื่น ๆ ได้แก่ บาร์ / เมตร ปอนด์ต่อแกลลอนหรือ ppg นิยมใช้สำหรับความหนาแน่น

ความหนาแน่นและค่าความถ่วงจำเพาะของของเหลวใด ๆ ได้รับการพิจารณาจากการทดลองสำหรับสภาวะต่างๆของอุณหภูมิและความดัน มีอยู่ในตารางค่า

ในการหาค่าตัวเลขของการไล่ระดับความดันระหว่างระบบต่างๆของหน่วยเราต้องใช้ปัจจัยการแปลงที่นำจากความหนาแน่นไปยังการไล่ระดับสีโดยตรง

ปัจจัยการแปลง 0.052 ถูกใช้ในอุตสาหกรรมน้ำมันเพื่อเปลี่ยนจากความหนาแน่นใน ppg ไปเป็นการไล่ระดับความดันในหน่วย psi / ft ด้วยวิธีนี้การไล่ระดับความดันจะถูกคำนวณดังนี้:

อ้างอิง

1. Serway, R. , Jewett, J. (2008). ฟิสิกส์สำหรับวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม. เล่ม 2. เม็กซิโก บรรณาธิการการเรียนรู้ Cengage 367-372
2. คู่มือโรงเรียนควบคุมอย่างดี บทที่ 01 หลักการกดดัน.