Hvordan beregne gasstrykket i et kar. Gasstrykk

Kreftene som virker på gummifilmen er

er like på begge sider.

Vi møter ofte kommuniserende fartøy. Det kan for eksempel være en tekanne, vannkanne eller kaffekanne.

Overflatene til en homogen væske er installert på samme nivå i kommuniserende kar av enhver form.

Væsker med forskjellige tettheter.

Men S·h = V, der V er volumet til parallellepipedet, og ρ f ·V = m f er massen av væske i volumet til parallellepipedet. Derfor,

F ut = g m w = P w,

dvs. flytekraften er lik vekten av væsken i volumet av kroppen nedsenket i den(oppdriftskraften er lik vekten av væsken med samme volum som volumet til kroppen nedsenket i den).

Eksistensen av en kraft som presser et legeme ut av en væske er lett å oppdage eksperimentelt.

På bildet EN viser en kropp hengende fra en fjær med en pilpeker på enden. Pilen markerer spenningen til fjæren på stativet. Når kroppen slippes ut i vannet, trekker fjæren seg sammen (fig. b). Den samme sammentrekningen av fjæren vil oppnås hvis du virker på kroppen fra bunn til topp med litt kraft, for eksempel trykker med hånden (løft).

Derfor bekrefter erfaring det et legeme i en væske påvirkes av en kraft som presser kroppen ut av væsken.

Pascals lov gjelder som kjent også for gasser. Derfor kropper i gass er utsatt for en kraft som presser dem ut av gassen. Under påvirkning av denne kraften stiger ballongene oppover. Eksistensen av en kraft som skyver et legeme ut av en gass kan også observeres eksperimentelt.

Vi henger en glasskule eller en stor kolbe lukket med en propp fra den forkortede skalaen. Vektene er balanserte. Deretter settes et bredt kar under kolben (eller kulen) slik at den omgir hele kolben. Karet er fylt med karbondioksid, hvis tetthet er større enn tettheten til luft (derfor karbondioksid faller ned og fyller karet og fortrenger luft fra det). I dette tilfellet blir balansen på vekten forstyrret. Koppen med den hengende kolben hever seg oppover (fig.). En kolbe nedsenket i karbondioksid opplever en større oppdriftskraft enn kraften som virker på den i luft.

Kraften som skyver et legeme ut av en væske eller gass er rettet motsatt av tyngdekraften som påføres denne kroppen.

Derfor prolkosmos). Det er nettopp derfor vi i vann noen ganger lett løfter kropper som vi har problemer med å holde i luften.

En liten bøtte og en sylindrisk kropp er hengt opp fra fjæren (fig., a). En pil på stativet markerer strekningen av våren. Den viser vekten av kroppen i luften. Etter å ha løftet kroppen, plasseres et støpekar fylt med væske til nivået av støperøret under det. Hvoretter kroppen er helt nedsenket i væsken (fig., b). Hvori en del av væsken, hvis volum er lik volumet av kroppen, helles ut fra skjenkekaret over i glasset. Fjæren trekker seg sammen og fjærpekeren stiger, noe som indikerer en reduksjon i kroppsvekt i væsken. I dette tilfellet, i tillegg til tyngdekraften, virker en annen kraft på kroppen og skyver den ut av væsken. Hvis væske fra et glass helles i den øvre bøtten (dvs. væsken som ble fortrengt av kroppen), vil fjærpekeren gå tilbake til utgangsposisjonen (fig. c).

Basert på denne erfaringen kan det konkluderes med at kraften som skyver ut et legeme helt nedsenket i en væske er lik vekten av væsken i volumet til denne kroppen . Samme konklusjon fikk vi i § 48.

Hvis et lignende eksperiment ble utført med en kropp nedsenket i noe gass, ville det vist det kraften som skyver et legeme ut av en gass er også lik vekten av gassen tatt i kroppens volum .

Kraften som skyver et legeme ut av en væske eller gass kalles Arkimedesk styrke, til ære for forskeren Arkimedes , som først påpekte dens eksistens og beregnet verdien.

Så erfaring har bekreftet at den arkimedeiske (eller flytende) kraften er lik vekten av væsken i kroppens volum, dvs. F A = P f = g m og. Massen av væske mf fortrengt av et legeme kan uttrykkes gjennom dens tetthet ρf og volumet av legemet Vt nedsenket i væsken (siden Vf - volumet av væske som fortrenges av legemet er lik Vt - volumet av legemet nedsenket i væsken), dvs. m f = ρ f ·V t.

F A= g·ρ og · V T

Følgelig avhenger den arkimedeiske kraften av tettheten til væsken kroppen er nedsenket i og volumet til denne kroppen. Men det avhenger for eksempel ikke av tettheten til stoffet i kroppen nedsenket i væsken, siden denne mengden ikke er inkludert i den resulterende formelen.

La oss nå bestemme vekten av et legeme nedsenket i en væske (eller gass). Siden de to kreftene som virker på kroppen i dette tilfellet er rettet i motsatte retninger (tyngdekraften er nedover, og den arkimedeiske kraften er oppover), vil vekten av kroppen i væsken P 1 være mindre vekt kropper i vakuum P = gm på arkimedesk styrke F A = g m w (hvor m g - masse væske eller gass fortrengt av kroppen).

Dermed, hvis en kropp er nedsenket i en væske eller gass, mister den like mye vekt som væsken eller gassen den fortrengt veier.

Eksempel. Bestem flytekraften som virker på en stein med et volum på 1,6 m 3 i sjøvann.

La oss skrive ned betingelsene for problemet og løse det.

Når det flytende legemet når overflaten av væsken, vil den arkimedeiske kraften reduseres med sin videre bevegelse oppover. Hvorfor? Men fordi volumet av den delen av kroppen som er nedsenket i væsken vil avta, og den arkimedeiske kraften er lik vekten av væsken i volumet til den delen av kroppen som er nedsenket i den.

Når den arkimedeiske kraften blir lik tyngdekraften, vil kroppen stoppe og flyte på overflaten av væsken, delvis nedsenket i den.

Den resulterende konklusjonen kan enkelt verifiseres eksperimentelt.

Hell vann i dreneringsbeholderen til nivået av dreneringsrøret. Etter dette vil vi senke den flytende kroppen i fartøyet, etter å ha veid den i luften tidligere. Etter å ha gått ned i vann, fortrenger en kropp et volum vann som er lik volumet til den delen av kroppen som er nedsenket i den. Etter å ha veid dette vannet, finner vi at dets vekt (arkimedesk kraft) er lik tyngdekraften som virker på et flytende legeme, eller vekten av dette legemet i luften.

Etter å ha gjort de samme eksperimentene med andre kropper som flyter i forskjellige væsker - vann, alkohol, saltløsning, kan du være overbevist om at hvis en kropp flyter i en væske, så er vekten av væsken fortrengt av den lik vekt denne kroppen i luften.

Det er lett å bevise det hvis tettheten til et fast stoff er større enn tettheten til en væske, så synker kroppen i en slik væske. En kropp med lavere tetthet flyter i denne væsken. Et jernstykke synker for eksempel i vann, men flyter i kvikksølv. Et legeme hvis tetthet er lik tettheten til væsken forblir i likevekt inne i væsken.

Is flyter på overflaten av vann fordi dens tetthet er mindre enn tettheten til vann.

Jo lavere tettheten til kroppen sammenlignet med væskens tetthet, jo mindre del av kroppen er nedsenket i væsken .

På like tettheter kropper og væsker en kropp flyter inne i en væske på hvilken som helst dybde.

To ikke-blandbare væsker, for eksempel vann og parafin, er plassert i et kar i samsvar med deres tettheter: i den nedre delen av karet - tettere vann (ρ = 1000 kg/m3), på toppen - lettere parafin (ρ = 800 kg /m3).

Gjennomsnittlig tetthet av levende organismer som bor vannmiljø, skiller seg lite fra tettheten til vann, så vekten deres er nesten fullstendig balansert av den arkimedeiske kraften. Takket være dette trenger ikke akvatiske dyr så sterke og massive skjeletter som terrestriske. Av samme grunn er stammene til vannplanter elastiske.

Svømmeblæren til en fisk endrer lett volum. Når en fisk, ved hjelp av muskler, kommer ned til et større dyp, og vanntrykket på den øker, trekker boblen seg sammen, volumet av fiskens kropp reduseres, og den presses ikke opp, men flyter i dypet. Dermed kan fisken regulere dybden på dykket innenfor visse grenser. Hvaler regulerer dykkets dybde ved å redusere og øke lungekapasiteten.

Seiling av skip.

Fartøyer som navigerer i elver, innsjøer, hav og hav er bygget av forskjellige materialer med ulik tetthet. Skroget på skip er vanligvis laget av stålplater. Alle innvendige fester som gir skip styrke er også laget av metaller. Brukes til å bygge skip ulike materialer, med både høyere og lavere tettheter sammenlignet med vann.

Hvordan flyter, tar skip og frakter stor last?

Et forsøk med et flytende legeme (§ 50) viste at kroppen fortrenger så mye vann med sin undervannsdel at vekten av dette vannet er lik vekten av kroppen i luften. Dette gjelder også for ethvert fartøy.

Vekten av vann som fortrenges av undervannsdelen av fartøyet er lik vekten av fartøyet med lasten i luften eller tyngdekraften som virker på fartøyet med lasten.

Dybden som et skip er senket i vann kalles utkast . Maksimalt tillatt dypgående er markert på skipets skrog med en rød linje kalt vannlinje (fra nederlandsk. vann- vann).

Vekten av vann som fortrenges av et fartøy når det senkes ned i vannlinjen er lik styrke tyngdekraften som virker på et skip med last kalles skipets forskyvning.

For tiden bygges skip med en deplasement på 5 000 000 kN (5 × 10 6 kN) eller mer for transport av olje, det vil si med en masse på 500 000 tonn (5 × 10 5 t) eller mer sammen med lasten.

Hvis vi trekker vekten av selve fartøyet fra forskyvningen, får vi bæreevnen til dette fartøyet. Bæreevnen viser vekten av lasten som fraktes av skipet.

Skipsbygging eksisterte i det gamle Egypt, Fønikia (det antas at fønikerne var en av de beste skipsbyggerne) og det gamle Kina.

I Russland oppsto skipsbygging på begynnelsen av 1600- og 1700-tallet. Stort sett ble det bygget krigsskip, men det var i Russland den første isbryteren og drevne skip ble bygget intern forbrenning, kjernefysisk isbryter"Arktis".

Luftfart.

Tegning som beskriver ballongen til Montgolfier-brødrene fra 1783: «Utsikt og nøyaktige dimensjoner av ballongen Jord"hvem var den første." 1786

Siden eldgamle tider har folk drømt om muligheten til å fly over skyene, svømme i lufthavet mens de svømte på havet. For luftfart

Først brukte de ballonger som var fylt med enten oppvarmet luft, hydrogen eller helium.

For at en ballong skal stige opp i luften, er det nødvendig at den arkimedeiske kraften (oppdrift) F En handling på ballen var større enn tyngdekraften F tungt, dvs. F A > F tung

Når ballen stiger oppover, avtar den arkimedeiske kraften som virker på den ( F A = gρV), siden tettheten til de øvre lagene i atmosfæren er mindre enn jordoverflaten. For å stige høyere slippes en spesiell ballast (vekt) fra ballen og dette letter ballen. Etter hvert når ballen sin maksimale løftehøyde. For å frigjøre ballen fra skallet, frigjøres en del av gassen ved hjelp av en spesiell ventil.

I horisontal retning beveger en ballong seg bare under påvirkning av vind, og det er derfor den kalles ballong (fra gresk aer- luft, stato- stående). For ikke så lenge siden ble enorme ballonger brukt til å studere de øvre lagene i atmosfæren og stratosfæren - stratosfæriske ballonger .

Før de lærte å bygge store fly for å transportere passasjerer og last med fly, ble kontrollerte ballonger brukt - luftskip. De har en langstrakt form en gondol med motor er suspendert under kroppen, som driver propellen.

Ballongen reiser seg ikke bare av seg selv, men kan også løfte litt last: kabinen, mennesker, instrumenter. Derfor, for å finne ut hva slags last en ballong kan løfte, er det nødvendig å bestemme den løfte.

La for eksempel en ballong med et volum på 40 m 3 fylt med helium skytes opp i luften. Massen av helium som fyller skallet til ballen vil være lik:
m Ge = ρ Ge V = 0,1890 kg/m 3 40 m 3 = 7,2 kg,
og vekten er:
P Ge = g m Ge; P Ge = 9,8 N/kg · 7,2 kg = 71 N.
Flytekraften (Archimedean) som virker på denne ballen i luften er lik vekten av luft med et volum på 40 m 3, dvs.
F A = ​​​​g·ρ luft V; FA = 9,8 N/kg · 1,3 kg/m3 · 40 m3 = 520 N.

Dette betyr at denne ballen kan løfte en last som veier 520 N - 71 N = 449 N. Dette er dens løftekraft.

En ballong med samme volum, men fylt med hydrogen, kan løfte en last på 479 N. Dette betyr at løftekraften er større enn en ballong fylt med helium. Men helium brukes fortsatt oftere, siden det ikke brenner og derfor er tryggere. Hydrogen er en brennbar gass.

Det er mye lettere å løfte og senke en ball fylt med varmluft. For å gjøre dette er en brenner plassert under hullet i den nedre delen av ballen. Ved hjelp av en gassbrenner kan du regulere temperaturen på luften inne i ballen, og dermed dens tetthet og flytekraft. For å få ballen til å stige høyere, er det nok å varme opp luften i den sterkere ved å øke brennerflammen. Når brennerflammen minker, synker lufttemperaturen i kulen og kulen går ned.

Du kan velge en temperatur på ballen der vekten av ballen og kabinen vil være lik flytekraften. Da vil ballen henge i luften, og det vil være enkelt å gjøre observasjoner fra den.

Etter hvert som vitenskapen utviklet seg, skjedde det betydelige endringer i luftfartsteknologi. Det ble mulig å bruke nye skjell til ballonger, som ble slitesterke, frostbestandige og lette.

Fremskritt innen radioteknikk, elektronikk og automatisering har gjort det mulig å designe ubemannede ballonger. Disse ballongene brukes til å studere luftstrømmer, for geografisk og biomedisinsk forskning i de nedre lagene av atmosfæren.

Hvordan endres trykket til en ideell gass?

En ideell gass er fysisk modell gass. Denne modellen tar praktisk talt ikke hensyn til interaksjonen mellom molekyler med hverandre. Det brukes til å beskrive oppførselen til gasser fra et matematisk synspunkt. Denne modellen antar følgende gassegenskaper:

• størrelsen på molekylene er større enn avstanden mellom molekylene;
• molekyler er runde kuler;
• Molekyler frastøter fra hverandre og fra fartøyets vegger først etter kollisjon. Kollisjonene er perfekt elastiske;
• molekyler beveger seg i samsvar med Newtons lover.

Det finnes flere typer ideell gass:

• klassisk;
• kvante (betrakter en ideell gass under forhold med synkende temperatur og økende avstand mellom molekyler);
• i et gravitasjonsfelt (vurderer endringer i egenskapene til en ideell gass i et gravitasjonsfelt).

Nedenfor vil vi vurdere den klassiske ideelle gassen.

Hvordan bestemme trykket til en ideell gass?

Fundamental avhengighet av alle ideelle gasser uttrykt ved hjelp av Mendeleev-Clapeyron-ligningen.

PV=(m/M).RT [Formel 1]

• P—trykk. Måleenhet: Pa (Pascal)
• R=8,314 er den universelle gasskonstanten. Måleenhet - (J/mol.K)
• T - temperatur
• V - volum
• m—gassmasse
• M— molar masse gass. Måleenhet - (g/mol).

P = nkT [Formel 2]

Formel 2 viser at trykket til en ideell gass avhenger av konsentrasjonen av molekyler og temperatur. Hvis vi tar hensyn til egenskapene til en ideell gass, vil n bli bestemt av formelen:

n = mNа/MV [Formel 3]

• N er antall molekyler i karet
• N a - Avogadros konstant

Ved å erstatte formel 3 med formel 2 får vi:

• PV = (m/M)Na kT [Formel 4]
• k*N a = R [Formel 5]

Konstanten R er en konstant for ett mol gass i Mendeleev-Clapeyron-likheten (husk: ved konstant trykk og temperatur opptar 1 mol forskjellige gasser samme volum).

La oss nå utlede trykkligningen for en ideell gass

m/M = ν [Formel 6]

• hvor ν er mengden stoff. Måleenhet: føflekk

Vi får den ideelle gasstrykkligningen, formelen er gitt nedenfor:

P=νRT/V [Formel 7]

• hvor P er trykk. Måleenhet: Pa (Pascal)
• R= 8,314 - universell gasskonstant. Måleenhet - (J/mol.K)
• T - temperatur
• V—volum.

Hvordan vil trykket til en ideell gass endre seg?

Etter å ha analysert likhet 7, kan vi se at trykket til en ideell gass er proporsjonalt med endringen i temperatur og konsentrasjon.

I tilstanden til en ideell gass er endringer i alle parametrene den avhenger av mulig, og endringer i noen av dem er også mulige. La oss vurdere de mest sannsynlige situasjonene:

• Isoterm prosess. Denne prosessen kjennetegnes ved at temperaturen i den vil være konstant (T = const). Hvis vi erstatter en konstant temperatur i ligning 1, vil vi se at verdien av produktet P*V også vil være konstant.
  • PV = const [Formel 8]

Likhet 8 viser forholdet mellom volumet av en gass og dens trykk ved konstant temperatur. Denne ligningen ble oppdaget eksperimentelt på 1600-tallet av fysikerne Robert Boyle og Edme Mariotte. Ligningen ble kalt Boyle-Mariotte-loven til deres ære.

• Isokorisk prosess. I denne prosessen forblir volumet, massen til gassen og dens molare masse konstant. V= const, m = const, M = const. Dermed får vi trykket til en ideell gass. Formelen er vist nedenfor:
  • P= P 0 AT [Formel 9]
  • Hvor: P er gasstrykk ved absolutt temperatur,
  • P 0 - gasstrykk ved en temperatur på 273 ° K (0 ° C),
  • A er temperaturkoeffisienten for trykk. A = (1/273,15) K -1

Denne avhengigheten ble oppdaget eksperimentelt på 1800-tallet av fysikeren Charles. Derfor bærer ligningen navnet til dens skaper - Charles's lov.

En isokorisk prosess kan observeres hvis en gass varmes opp til et konstant volum.

• Isobarisk prosess. For denne prosessen vil trykket, massen til gassen og dens molare masse være konstant. P = const, m = const, M = const. Ligningen for den isobariske prosessen har formen:
  • V/T = const eller V = V 0 AT [Formel 10]
  • hvor: V 0 er volumet av gass ved en temperatur på 273°K (0°C);
  • A = (1/273,15) K -1.

I denne formelen fungerer koeffisient A som en temperaturkoeffisient for den volumetriske ekspansjonen av gass.

Dette forholdet ble oppdaget på 1800-tallet av fysikeren Joseph Gay-Lussac. Det er derfor denne likestillingen bærer navnet sitt - Guy-Lussacs lov.

Hvis du tar en glasskolbe koblet til et rør, hvis hull er lukket med væske, og varmer opp strukturen, vil du kunne observere en isobar prosess.

Det er verdt å merke seg at luften romtemperatur har egenskaper som ligner en ideell gass.

Det er verdt å velge et system som distribuerer et gassformig stoff i henhold til et kriterium som evaluerer trykk, reduksjonsnivået og prinsippene for konstruksjon av systemer som distribuerer gassrørledninger (disse kan være ring-, blindveis- og blandede gassrørledninger), basert på økonomiske feilberegninger og tekniske funksjoner. Tatt i betraktning volumet, strukturelle nyanser og tetthetsegenskaper til forbruksgassnivået, pålitelighet og sikkerhetsmodus gassforsyningssystem, i tillegg, lokale bygninger og operasjonelle funksjoner.

Typer gassrørledninger

Gassrørledningssystemer er assosiert med trykknivåene til det gassformige stoffet som beveger seg gjennom dem, og er delt inn i følgende typer:

1. Gassrørledningsdesign med tilstedeværelse av høyt trykk av første klasse under driftstrykk for gassstoffet innenfor 0,71,3 MPa for naturlig stoff og gass-luftblanding og opptil 1,7 MPa for LPG;

2. Gassrørledning med et høyt trykknivå av den andre kategorien under trykkforhold innenfor 0,40,7 MPa;

3. En gassrørledningsstruktur med gjennomsnittstrykkindikatorer har et driftstrykk innenfor området 0,0060,4 MPa;

4. Gasskanal med lavt trykknivå opp til 0,006 MPa.

Typer gassforsyningssystemer

Gassforsyningssystemet kan ha følgende typer:

1. Enkeltnivå, hvor gass leveres til forbrukere bare gjennom et gassrørledningsprodukt med samme trykkindikatorer (enten lavt eller middels);

2. To-nivå, hvor gass tilføres en krets av forbrukere gjennom en gassrørledningsstruktur med to forskjellige typer trykk (indikatorer for middels-lave eller middels-høye nivåer 1 eller 2, eller høye indikatorer for kategori 2 lav);

3. Tre-nivå, hvor gassstoffet passerer gjennom en gassrørledning med tre trykk (høyt av første eller andre nivå, middels og lavt);

4. Multi-level, der gass beveger seg gjennom gasslinjer med fire typer trykk: høye nivåer 1 og 2, middels og lav.

Gassrørledningssystemer med ulike trykk som inngår i gassforsyningssystemet skal kobles sammen gjennom hydrauliske brudd- og trykkreguleringsventiler.

For varmeinstallasjoner i industrisektoren og kjeleutstyr som er atskilt fra gassledninger, anses bruk av et gassstoff med et tilgjengelig trykk innenfor 1,3 MPa som akseptabelt, forutsatt at slike trykkindikatorer er nødvendige for spesifikasjonene til den tekniske prosessen. Det er umulig å legge et gassrørledningssystem med en trykkindikator større enn 1,2 MPa for et fleretasjes boligbygg i et befolket område, i områder der strukturer er plassert vanlig bruk, på steder der det er et stort antall mennesker, for eksempel et marked, et stadion, kjøpesenter, teaterbygning.

Nåværende distribusjonssystemer for gassforsyningsledninger består av et komplekst sett med strukturer, som igjen tar form av grunnleggende elementer som gassring, blindvei og blandede nettverk med lavt, middels og høyt trykknivå. De er lagt i urbane områder, andre befolkede områder, i hjertet av nabolag eller bygninger. I tillegg kan de plasseres på rutene til en gassdistribusjonsstasjon, gasskontrollpunkt og installasjon, kommunikasjonssystem, automatiske installasjoner og telemekanisk utstyr.

Hele strukturen skal sikre tilførsel av forbrukergass uten problemer. Designet må ha en frakoblingsanordning, som er rettet mot dens individuelle elementer og deler av gassrørledningen for å utføre reparasjoner og eliminere nødsituasjoner. Blant annet sikrer den problemfri transport av gassstoffet til gassforbrukere, har en enkel mekanisme, sikker, pålitelig og praktisk drift.

Det er nødvendig å designe gassforsyningen til en hel region, by eller landsby på grunnlag av skjematiske tegninger og utformingen av området, den generelle planen for byen, under hensyntagen til langsiktig utvikling. Alle elementer, enheter, mekanismer og nøkkeldeler i gassforsyningssystemet skal brukes på samme måte.

Det er verdt å velge et distribusjonssystem og prinsipper for å konstruere en gassrørledning (ring, blindvei, blandet) basert på tekniske og økonomiske beregningsoperasjoner, tatt i betraktning volumet, strukturen og tettheten til gassforbruket.

Det valgte systemet skal ha størst effektivitet, fra et økonomisk synspunkt, og skal omfatte byggeprosesser og kunne delvis idriftsette gassforsyningssystemet.

Klassifisering av gassrørledninger

Hoveddelene av gassforsyningssystemet er gassrørledningsstrukturer, som har typer avhengig av gasstrykket og formålet. Avhengig av det høyeste gasstrykket som transporteres, gassrørledningsstrukturer er delt inn i følgende:

1. Gassrørledningsstruktur med høytrykksindikatorer på første nivå under forhold med gassformige stofftrykkindikatorer på mer enn 0,7 MPa, opptil 1,7 MPa for SGU;

2. Gassrørledningsprodukt med høye trykknivåer på det andre nivået ved en modus større enn 0,4 MPa og opptil 0,7 MPa;

3. Ledning med et gjennomsnittlig trykknivå over 0,005 MPa og varierende opp til 0,4 MPa;

4. Design med lav ytelse, nemlig opptil 0,004 MPa.

Et gassrørledningssystem med lavt trykk brukes til å flytte gass til boligbygg og offentlige bygninger, serveringssteder, samt til kjelerom og innenlandske bedrifter. Små forbrukerinstallasjoner og fyrhus tillates koblet til lavtrykksgassrørledningssystemet. Men store verktøy kan ikke kobles til linjer med lavtrykksindikatorer, siden det ikke gir mening å flytte et stort volum gass gjennom det, det har ingen økonomisk fordel.

Gassrørledningsdesignet med middels og høytrykksregimer er ment som en kraftkilde for det urbane distribusjonsnettverket med lavt og middels trykk inn i gassrørledningen til industriverksteder og kommunale institusjoner.

Byens høytrykksgassledning regnes som hovedledningen som forsyner den enorme byen. Den er laget som en enorm, semi-ring eller har et radialt utseende. Ifølge henne gassformig stoff leveres gjennom hydraulisk frakturering til nettverk med middels og høye nivåer, i tillegg til store industribedrifter, hvis teknologiske prosess krever tilstedeværelse av gass med et driftsregime på mer enn 0,8 MPa.

Byens gassforsyningssystem

Gasstrykkindikatorer i rørledningen opp til 0,003 MPa

Byens gassforsyningssystem er en alvorlig mekanisme, inkludert strukturer tekniske enheter og rørledninger som frakter gass til destinasjonen og distribuerer den blant bedrifter, verktøy og forbrukere, basert på etterspørsel.

Den inkluderer følgende strukturer:
1. Gassnett med lavt, middels og høyt klima;

2. Gasskontrollstasjon;

3. Gasskontrollpunkt;

4. Gasskontrollutstyr;

5. Kontrollenhet og automatisk kontrollsystem;

6. Send enheter;
7. Driftssystem.

Det gassformige stoffet tilføres via en gassrørledning gjennom gasskontrollstasjoner direkte inn i bygassledningen. På gassdistribusjonsstasjonen faller trykkindikatorene ved hjelp av automatiske ventiler på regulatoren, og forblir uendret på det nødvendige nivået for urbant forbruk gjennom hele tiden. Tekniske spesialister inkluderer et system i GDS-kretsen som gir beskyttelse automatisk. I tillegg garanterer det vedlikehold av trykkindikatorer i bybanen, og sikrer også at de ikke overskrider det tillatte nivået. Fra gasskontrollstasjoner når gassstoffet forbrukerne gjennom gassledningen.

Siden hovedelementet i urbane gassforsyningssystemer er gassledninger som består av gassrørledningsforskjeller i trykkindikatorer, de kan presenteres i følgende typer:

1. Ledning med lavt trykk på opptil 4 kPa;

2. Linje med gjennomsnittlige trykkverdier opp til 0,4 MPa;

3. Nettverk med høytrykksmodus på det andre nivået opp til 0,7 MPa;

4. Nettverk med høye avlesninger på første nivå opp til 1,3 MPa.

Gjennom gassrørledningsstrukturer med lavt trykk, beveger gassen seg og distribueres til boliger og offentlige bygninger og ulike lokaler, samt til verksteder i husholdningsbedrifter.

I en gassrørledning som ligger i en boligbygning er trykkverdier opptil 3 kPa tillatt, og i lokaler til et innenlandsk foretak og offentlige bygninger opptil 5 kPa. Som regel holdes trykket i ledningen på lave nivåer (opptil 3 kPa), og alle strukturer er forsøkt koblet til en gassledning som ikke har en gasstrykkregulator. I gassrørledninger med middels og høyt trykk (0,6 MPa) tilføres det gassformige produktet gjennom hydraulisk frakturering inn i rør med lavt og middels trykk. Det er en beskyttelsesanordning inne i den hydrauliske fraktureringsenheten som fungerer automatisk. Det eliminerer sjansen for trykkfall fra et lavt nivå som overstiger tillatt verdi.

Gjennom lignende kommunikasjon gjennom GRU blir det gassformige stoffet levert til lokalene til industribedrifter og kommunale institusjoner. I henhold til gjeldende standarder er det høyeste trykket for industri-, kommunale og landbruksbedrifter, samt for varmesysteminstallasjoner, tillatt innenfor 0,6 MPa, og for innenlandske virksomheter og tilstøtende bygninger innenfor 0,3 MPa. Installasjoner som er plassert på fasadene til et boligbygg eller offentlig bygning har lov til å levere gass med en trykkindikator på ikke mer enn 0,3 MPa.

Gassrørledningsstrukturer med middels og høye regimer er byens distribusjonsnettverk. Gassrørledningsstrukturer med høye trykknivåer brukes utelukkende i storbyer. Industrilokaler kan kobles til et nett med middels og høyt trykk uten bruk av regulatorer, selvfølgelig, dersom dette er basert på tekniske og økonomiske beregninger. Bysystemer er bygget i henhold til et hierarki, som igjen er delt avhengig av trykket i gassrørledningen.

Hierarkiet har flere nivåer:

1. Ledninger med høyt og middels trykk er grunnlaget for bygassrørledninger. Reservasjon skjer gjennom ringing og duplisering av enkeltplasser. Et blindveinettverk kan bare eksistere i små byer. Det gassformige stoffet beveger seg gradvis gjennom lave trykknivåer, det produseres av svingninger på den hydrauliske fraktureringsregulatorventilen og forblir på nivået konstant. Dersom det er flere forskjellige gassforbrukere i ett område, er det tillatt å legge gassrørledninger med ulikt trykk parallelt. Men designet med høyt og middels trykk skaper ett nettverk i byen, som har hydrauliske nyanser.

2. Lavtrykksnett. Den leverer gass til en rekke forbrukere. Nettverksdesignet er laget med blandede funksjoner, der bare hovedgassrørledningskanalene er sløyfet, i andre tilfeller opprettes blindveiskanaler. En lavtrykksgassrørledning kan ikke skille en elv, innsjø eller ravine, og jernbane, motorvei. Den kan ikke legges i industrisoner, så den kan ikke være en del av et enkelt hydraulisk nettverk. Et lavytelsesnettverksdesign er opprettet som en lokal linje, som har flere strømkilder som gass tilføres gjennom.

3. Gassbygging av boligbygg eller offentlig bygg, industriverksted eller bedrift. De er ikke reservert. Trykket avhenger av formålet med nettverket og nivået som kreves for installasjon.

Avhengig av antall grader er bysystemer delt inn :

1. Et to-nivå nett består av ledninger med lavt og middels trykk eller med lavt og høyt trykk.

2. Tre-nivå linje inkluderer lav-, middels- og høytrykkssystem.

3. Trinnnettverket består av gassrørledningsstrukturer på alle nivåer.

En bygassrørledning med høyt og middels trykk er opprettet som en enkelt linje som leverer gass til bedriften, kjelehuset, forsyningsorganisasjoner og selve den hydrauliske fraktureringsenheten. Det er mye mer lønnsomt å lage en enkelt linje, i motsetning til en skillelinje for industrilokaler og generelt for en husgassseksjon.

Velg et bysystem basert på slike nyanser:

1. Hva er størrelsen på byen?

2. Byområdeplan.

3. Bygninger i den.

4. Hva er befolkningen i byen?

5. Kjennetegn på alle virksomheter i byen.

6. Utsikter for utviklingen av metropolen.

Når du velger det nødvendige systemet, må du ta hensyn til at det må oppfylle kravene til effektivitet, sikkerhet og pålitelighet i bruk. Uttrykker enkelhet og brukervennlighet, og foreslår frakobling av de individuelle seksjonene for å utføre reparasjonsarbeid. I tillegg skal alle deler, enheter og enheter i det valgte systemet ha samme type deler.

Gass tilføres byen via en flernivåledning gjennom to hovedlinjer gjennom stasjonen, noe som igjen øker pålitelighetsnivået. Stasjonen er knyttet til et høytrykksområde, som ligger i utkanten av bybaner. Fra denne seksjonen tilføres gass til ringene med høyt eller middels trykk. Hvis det verken er mulig eller akseptabelt å lage et høytrykksgassrørledningsnettverk i sentrum av en metropol, må de deles i to deler: et nettverk med middels trykk i sentrum og et nettverk med høyt trykk i utkanten. .

For å kunne stenge deler av gassrørledningen med høyt og middels trykk, enkeltområder med lavt trykk, bygninger på boligbygg, industriverksteder og lokaler, er det installert enheter som stenger eller rett og slett spesielle kraner (se ). Ventilen skal installeres ved innløp og utløp, på grenene til gategassrørledningen, i skjæringspunktet mellom ulike hindringer, jernbaneinstallasjoner og veier.

På ytre linjer installer ventilen i brønnen sammen med å angi temperatur- og spenningsverdier. I tillegg sikrer det komfortabel installasjon og demontering av ventilstengeelementer. Brønnen må plasseres under hensyntagen til et gap på to meter fra bygninger eller gjerder. Antall barrierer bør begrunnes og være så minimalt som mulig. Når du går inn i et rom, er ventilen installert på veggen, og det er nødvendig å opprettholde et visst gap fra dørene og vinduene. Dersom beslagene er plassert over 2 meter, er det nødvendig å skaffe plass med stige for å kunne betjene den.

I de fleste tilfeller tilføres gass til hyttene gjennom nett med middels trykk, men ikke lavt trykk. For det første gir dette en ekstra reguleringsenhet, siden trykkindikatorene er høyere. For det andre gasskjeler inn I det siste blir stadig mer populært, så bare ved middels trykk kan gass leveres i nødvendig mengde til forbrukerne.

Gassifisering under forhold lavtrykk, vil ytelsen til sluttenheten synke. For eksempel, hvis et trykk på ca. 300 om vinteren anses som akseptabelt, så hvis du beveger deg bort fra den hydrauliske fraktureringsstasjonen, vil avlesningene for forbrukerne synke til 120. Gasstrykket er tilstrekkelig til frost. Men hvis det kommer sterk frost og alle begynner å varme opp gasskjeler, ved å slå på full kraft, synker trykket betydelig for eierne av hytta i periferien. Og når trykket er under 120, begynner kjeleiere å oppleve problemer, for eksempel går kjeleinstallasjonen ut eller indikerer at gasstilførselen er stoppet. Under forhold med middels trykktilførsel beveger gass seg gjennom rørledningen i komprimert tilstand. Videre, gjennom regulatoren, reduseres trykket til lave nivåer, og kjelen fungerer uten problemer.

Uansett hvor gassen er: i en ballong, bildekk, eller en metallsylinder - den fyller hele volumet av fartøyet der den er plassert.

Gasstrykk oppstår av en helt annen grunn enn fast trykk. Det er dannet som et resultat av kollisjoner av molekyler med veggene i fartøyet.

Gasstrykk på veggene av fartøyet

Beveger seg kaotisk i rommet, kolliderer gassmolekyler med hverandre og med veggene i fartøyet de befinner seg i. Slagkraften til ett molekyl er liten. Men siden det er mange molekyler, og de kolliderer med høy frekvens, skaper de betydelig trykk, som virker sammen på karets vegger. Hvis plassert i gass fast, så er den også utsatt for påvirkning fra gassmolekyler.

La oss gjøre et enkelt eksperiment. Plasser en bundet en under luftpumpeklokken ballong ikke helt fylt med luft. Siden det er lite luft i den, har ballen en uregelmessig form. Når vi begynner å pumpe ut luften under klokken, vil ballen begynne å blåse seg opp. Etter en tid vil den ta form av en vanlig ball.

Hva skjedde med ballen vår? Tross alt var den bundet, derfor forble mengden luft i den den samme.

Alt er ganske enkelt forklart. Under bevegelse kolliderer gassmolekyler med skallet på ballen utenfor og inne i det. Hvis luften pumpes ut av klokken, er det færre molekyler. Tettheten avtar, og derfor avtar også frekvensen av påvirkninger av molekyler på det ytre skallet. Følgelig synker trykket utenfor skallet. Og siden antallet molekyler inne i skallet forblir det samme, overstiger det indre trykket det ytre. Gassen presser fra innsiden på skallet. Og av denne grunn svulmer den gradvis og tar form av en ball.

Pascals lov for gasser

Gassmolekyler er veldig mobile. Takket være dette overfører de trykk ikke bare i retning av kraften som forårsaker dette trykket, men også jevnt i alle retninger. Loven om trykkoverføring ble formulert av den franske forskeren Blaise Pascal: " Trykket som utøves på en gass eller væske overføres uendret til ethvert punkt i alle retninger" Denne loven kalles hydrostatikkens grunnleggende lov - vitenskapen om væsker og gasser i en tilstand av likevekt.

Pascals lov er bekreftet av erfaring med en enhet kalt Pascals ball . Denne enheten er en ball av solid materiale med små hull laget i den, koblet til en sylinder som et stempel beveger seg langs. Ballen fylles med røyk. Når den komprimeres av stempelet, skyves røyken ut av hullene på ballen i like strømmer.

Gasstrykket beregnes ved hjelp av formelen:

Hvor e lin - gjennomsnittlig kinetisk energi av translasjonsbevegelse av gassmolekyler;

n - konsentrasjon av molekyler

Delvis Trykk. Daltons lov

I praksis møter vi oftest ikke rene gasser, men deres blandinger. Vi puster inn luft, som er en blanding av gasser. Bileksos er også en blanding. Ren karbondioksid har ikke vært brukt i sveising på lenge. Gassblandinger brukes også i stedet.

En gassblanding er en blanding av gasser som ikke kommer inn i kjemiske reaksjoner seg imellom.

Individuell komponenttrykk gassblanding kalt delvis Trykk .

Hvis vi antar at alle gassene i blandingen er ideelle gasser, så er trykket i blandingen bestemt av Daltons lov: «Trykket til en blanding av ideelle gasser som ikke interagerer kjemisk er lik summen av partialtrykkene. ”

Verdien bestemmes av formelen:

Hver gass i blandingen skaper et partialtrykk. Dens temperatur er lik temperaturen til blandingen.

Trykket til en gass kan endres ved å endre tettheten. Jo mer gass som pumpes inn i en metallbeholder, jo flere molekyler vil den ha som treffer veggene, og jo høyere blir trykket. Følgelig, ved å pumpe ut gassen, sjeldner vi den, og trykket synker.

Men trykket til en gass kan også endres ved å endre volum eller temperatur, det vil si ved å komprimere gassen. Kompresjon utføres ved å påføre kraft på en gassformig kropp. Som et resultat av denne effekten reduseres volumet det opptar, trykk og temperatur øker.

Gassen komprimeres i motorsylinderen når stempelet beveger seg. I produksjon skapes høyt gasstrykk ved å komprimere det ved hjelp av komplekse enheter - kompressorer, som er i stand til å skape trykk på opptil flere tusen atmosfærer.

Bildet av bevegelsene til molekyler i en gass vil være ufullstendig hvis vi ikke også vurderer spørsmål om kollisjoner av molekyler med overflaten til ethvert legeme som befinner seg i en gass, spesielt med veggene til et kar som inneholder gassen, og med hver annen.

Faktisk, ved å gjøre tilfeldige bevegelser, nærmer molekyler seg fra tid til annen veggene til fartøyet eller overflaten til andre kropper på ganske korte avstander. På samme måte kan molekyler komme ganske nær hverandre. I dette tilfellet oppstår det interaksjonskrefter mellom gassmolekylene eller mellom gassmolekylet og molekylene til veggstoffet, som avtar veldig raskt med avstanden. Under påvirkning av disse kreftene endrer gassmolekyler bevegelsesretningen. Denne prosessen (retningsendring) kalles som kjent kollisjon.

Kollisjoner mellom molekyler spiller en svært viktig rolle i oppførselen til en gass. Og vi vil studere dem i detalj senere. Nå er det viktig å ta hensyn til kollisjoner av molekyler med veggene i fartøyet eller med en hvilken som helst annen overflate i kontakt med gassen. Det er samspillet mellom gassmolekyler og vegger som bestemmer kraften som veggene opplever fra gassen, og selvfølgelig den like motsatt rettede kraften som gassen opplever fra veggene. Det er klart at jo større overflatearealet til veggen er, desto større kraft opplever veggen fra gassen. For ikke å bruke en mengde som avhenger av en så tilfeldig faktor som veggens størrelse, er det vanlig å karakterisere gassens virkning på veggen ikke med makt, men

trykk, dvs. kraft per arealenhet av veggflaten normal til denne kraften:

En gass evne til å utøve trykk på veggene til beholderen som inneholder den, er en av hovedegenskapene til gass. Det er ved sitt trykk at gassen oftest avslører sin tilstedeværelse. Derfor er trykk en av hovedkarakteristikkene til gass.

Gasstrykk på veggene til fartøyet, som antydet tilbake på 1700-tallet. Daniel Bernoulli, er en konsekvens av utallige kollisjoner av gassmolekyler med vegger. Disse påvirkningene av molekyler på veggene fører til noen forskyvninger av partiklene i veggmaterialet og derfor til dets deformasjon. Den deformerte veggen virker på gassen med en elastisk kraft rettet mot hvert punkt vinkelrett på veggen. Denne kraften er lik i absolutt verdi og motsatt i retning av kraften som gassen virker på veggen med.

Selv om kreftene for samspillet til hvert enkelt molekyl med molekylene i veggen under en kollisjon er ukjente, gjør mekanikkens lover det likevel mulig å finne den gjennomsnittlige kraften som oppstår fra den kombinerte virkningen av alle gassmolekyler, dvs. å finne gasstrykk.

La oss anta at gassen er innelukket i et kar formet som et parallellepiped (fig. 2), og at gassen er i en likevektstilstand. I dette tilfellet betyr dette at gassen som helhet er i ro i forhold til veggene i beholderen: antall molekyler som beveger seg i en hvilken som helst vilkårlig retning er i gjennomsnitt lik antall molekyler hvis hastigheter er rettet i motsatt retning retning.

La oss beregne gasstrykket på en av karets vegger, for eksempel på høyre sidevegg. Rett koordinataksen X langs kanten av parallellepipedet vinkelrett på veggen som vist i fig. 2. Uansett hvordan hastighetene til molekylene er rettet, vil vi kun være interessert i projeksjonene av hastighetene til molekylene på X-aksen: mot veggen beveger molekylene seg nøyaktig med hastigheten

La oss mentalt velge et gasslag med tykkelse A ved siden av den valgte veggen. En elastisk kraft C virker på den fra siden av den deformerte veggen, den samme i absolutt verdi

kraft og gassen virker på veggen. I følge Newtons andre lov er kraftimpulsen (en viss vilkårlig tidsperiode) lik endringen i impulsen til gassen i laget vårt. Men gassen er i en likevektstilstand, så laget mottar ingen økning i momentum i retning av kraftimpulsen (mot den positive retningen til X-aksen). Dette skjer fordi, på grunn av molekylære bevegelser, mottar det valgte laget en impuls i motsatt retning og selvfølgelig den samme i absolutt verdi. Det er ikke vanskelig å beregne.

Med tilfeldige bevegelser av gassmolekyler over tid, kommer et visst antall molekyler inn i laget vårt fra venstre til høyre og det samme antall molekyler forlater det i motsatt retning - fra høyre til venstre. Innkommende molekyler bærer med seg en viss impuls. De som forlater bærer den samme impulsen motsatt tegn, så det totale momentumet mottatt av laget er algebraisk sum impulser av molekyler som kommer inn og ut av laget.

La oss finne antall molekyler som kommer inn i laget vårt til venstre i tid

I løpet av denne tiden kan de molekylene som er lokalisert fra den i en avstand som ikke overstiger alle, i volumet av et parallellepiped med grunnarealet til den aktuelle veggen) og lengde, dvs. i volumet, nærme seg grense til venstre Hvis en enhetsvolum av et kar inneholder molekyler, så inneholder det indikerte volumet molekyler. Men bare halvparten av dem beveger seg fra venstre til høyre og faller inn i laget. Den andre halvdelen beveger seg bort fra den og kommer ikke inn i laget. Følgelig kommer molekyler inn i laget fra venstre til høyre over tid.

Hver av dem har et momentum (massen til molekylet), og det totale momentumet som de bidrar med til laget er lik

I løpet av samme tid forlater det samme antall molekyler med samme totale momentum, men med motsatt fortegn, laget og beveger seg fra høyre til venstre. På grunn av ankomsten av molekyler med positivt momentum inn i laget og avgang av molekyler med negativt momentum fra det, er den totale endringen i momentumet til laget lik

Det er denne endringen i lagets momentum som kompenserer for endringen som skulle ha skjedd under påvirkning av kraftimpulsen. Derfor kan vi skrive:

Ved å dele begge sider av denne likheten med får vi:

Til nå har vi stille antatt at alle gassmolekyler har samme hastighetsprojeksjoner. I virkeligheten er dette selvfølgelig ikke tilfelle. Og hastighetene til molekyler og deres projeksjoner på X-aksen er selvfølgelig forskjellige for forskjellige molekyler. Vi vil vurdere spørsmålet om forskjellen i hastighetene til gassmolekyler under likevektsforhold i detalj i § 12. Foreløpig vil vi ta hensyn til forskjellen i hastighetene til molekyler og deres projeksjoner på koordinataksene ved å erstatte verdien inkludert i formel (2.1) med gjennomsnittsverdien slik at formelen for trykk er ( 2.1) vil vi gi formen:

For hastigheten til hvert molekyl kan vi skrive:

(den siste likheten betyr at rekkefølgen på gjennomsnitts- og addisjonsoperasjonene kan endres). På grunn av den fullstendige uorden av molekylære bevegelser, kan vi anta at gjennomsnittsverdiene til kvadratene til hastighetsprojeksjonene på de tre koordinataksene er lik hverandre, dvs.

Og dette betyr, tatt i betraktning (2.3), at

Ved å erstatte dette uttrykket med formel (2.2), får vi:

eller, multiplisere og dele høyre side av denne likheten med to,

Ovennevnte enkle resonnement er gyldig for enhver vegg av fartøyet og for ethvert område som mentalt kan plasseres i gassen. I alle tilfeller får vi resultatet for gasstrykk uttrykt ved formel (2.4). Verdien i formel (2.4) representerer den gjennomsnittlige kinetiske energien til ett gassmolekyl. Derfor er gasstrykket lik to tredjedeler

gjennomsnitt kinetisk energi molekyler i en enhetsvolum av gass.

Dette er en av de viktigste konklusjonene i den kinetiske teorien om en ideell gass. Formel (2.4) etablerer en sammenheng mellom molekylære størrelser, dvs. mengder relatert til et enkelt molekyl, og trykkverdien som karakteriserer gassen som helhet, en makroskopisk størrelse direkte målt eksperimentelt. Ligning (2.4) kalles noen ganger den grunnleggende ligningen for den kinetiske teorien om ideelle gasser.

Les også

Om selskapet Fremmedspråkkurs ved Moscow State University

Hvilken by og hvorfor ble den viktigste i det gamle Mesopotamia?

Hvorfor Bukhsoft Online er bedre enn et vanlig regnskapsprogram!

Hvilket år er et skuddår og hvordan beregnes det