/ 27.09.2018

Определить абсолютное и вакуумметрическое давление в резервуаре. Абсолютное, избыточное и дифференциальное давление – нулевая отметка. Что будем делать с полученным материалом

Числовое значение давления определяется не только принятой системой единиц, но и выбранным началом отсчета. Исторически сложились три системы отсчета давления: абсолютная, избыточная и вакуумметрическая (рис.2.2).

Рис. 2.2. Шкалы давления. Связь между давлением

абсолютным, избыточным и вакуумом

Абсолютное давление отсчитывается от абсолютного нуля (рис. 2.2). В этой системе атмосферное давление. Следовательно, абсолютное давление равно

Рисунок 1 Пример схемы компоновки. Рисунок 2 Кривые превышения давления для зданий в примере. После того, как для определенного местоположения было разработано одно или несколько кривых превышения избыточного давления, необходимо оценить риск здания. Обычно это связано с применением приемлемости риска или критерием толерантности к риску для занятого здания и оценки способности здания выдерживать расчетное избыточное давление. Общим подходом к этой части анализа является оценка избыточного давления в здании, соответствующем конкретной вероятности воздействия.

Абсолютное давление всегда является величиной положительной.

Избыточное давление отсчитывается от , т.е. от условного нуля. Чтобы перейти от абсолютного к избыточному давлению необходимо вычесть из абсолютного давления атмосферное, которое в приближенных расчетах можно принять равным 1ат :

Если такого уровня избыточного давления достаточно, чтобы нанести ущерб зданию, что приводит к травмам его пассажиров, вероятность взрыва становится невыносимой, и требуется некоторая форма снижения риска. Для большинства зданий «обычной» конструкции эта величина избыточного давления не способна нанести значительный ущерб зданию или повредить жителей зданий. Некоторые окна могут быть повреждены, и может произойти другой незначительный урон, но маловероятно, что здание потерпит структурный сбой.

Если мы предположим, что здания имеют стальную форму с металлическим сайдингом, 7 фунтов на квадратный дюйм могут нанести значительный ущерб в той степени, в которой здания могут пострадать. Ожидается, что здания не разрушатся, но могут испытывать значительную деформацию и, вероятно, будут испытывать потерю большей части внешней металлической обшивки. Этот тип результата указывает на то, что контрольные и лабораторные здания должны быть перемещены в более отдаленное место или модернизированы, чтобы выдерживать избыточные давления до 7 фунтов на квадратный дюйм, чтобы защитить пассажиров от травм.

Иногда избыточное давление называют манометрическим.

Вакуумметрическим давлением или вакуумом называется недостаток давления до атмосферного

Избыточное давление показывает либо избыток над атмосферным, либо недостаток до атмосферного. Ясно, что вакуум может быть представлен как отрицательное избыточное давление

Связь вероятности с последствием позволяет рассматривать события больших последствий в свете их низкой вероятности и показывает, что наиболее вероятными событиями являются события с малым воздействием избыточного давления. Моделирование взрывов предсказывает как избыточное давление, так и импульс для любого данного взрыва.

Применение кривых превышения избыточного давления представляет собой существенное улучшение в определении местоположения здания исключительно на результатах анализа последствий. Если для здания не существует значительных ядовитых или пожароопасных опасностей, такой анализ может стать основой для принятия решений о размещении.

Как видно, эти три шкалы давления различаются между собой либо началом, либо направлением отсчета, хотя сам отсчет может вестись при этом в одной и той же системе единиц. Если давление определяется в технических атмосферах, то к обозначению единицы давления (ат ) приписывается ещё одна буква, в зависимости от того, какое давление принято за «нулевое» и в каком направлении ведется положительный отсчет.

Бабита имеет степень электротехники и преподавала студентам-инженерам и студентам, готовящимся к поступлению в медицинские и стоматологические кабинеты. В этом уроке мы определим термины абсолютное, атмосферное и калибровочное давление и изучим уравнение, связывающее эти три члена. Мы также увидим примеры калибровочного давления.

Вы едете по шоссе и замечаете, что автомобиль слегка тянут в сторону. Итак, вы берете машину своему механику Майку, эксперту-механику, который сразу же замечает, что шины выглядят слегка спущенными. Он использует манометр для проверки шин и говорит, что передние шины имеют значение 29 фунтов на квадратный дюйм. Он также проверяет сторону шины и читает идеальное давление для ваших колес - 32 фунта на квадратный дюйм; поэтому он раздувает все четыре шины до 32 фунтов на квадратный дюйм. Майк советует регулярно проверять шины, чтобы они находились в идеальном манометре.

Например:

Абсолютное давление равно 1,5 кг/см 2 ;

Избыточное давление равно 0,5 кг/см 2 ;

Вакуум составляет 0,1 кг/см 2 .

Чаще всего инженера интересует не абсолютное давление, а его отличие от атмосферного, поскольку стенки конструкций (бака, трубопровода и т.п.) обычно испытывают действие разности этих давлений. Поэтому в большинстве случаев приборы для измерения давления (манометры, вакуумметры) показывают непосредственно избыточное (манометрическое) давление или вакуум.

Вы едете, чувствуя себя в безопасности, и это происходит, когда вы начинаете задаваться вопросом: что такое манометрическое давление? На уровне моря воздух над поверхностью имеет вес из-за тяги силы тяжести. Этот вес можно почувствовать на поверхности, на которую он нажимает, и мы знаем это давление как атмосферное давление, обозначенное как Патм. Итак, если мы будем продолжать расти на высоте, на этом уровне меньше воздуха, поэтому вес соответственно уменьшается. В конце концов, мы достигнем точки, где нет воздуха.

Давление в этой точке равно нулю, поэтому давление, измеренное относительно давления в вакууме, называется абсолютным давлением, обозначаемым Пабсом. Разница между абсолютным давлением и атмосферным давлением - это то, что мы называем манометрическим давлением. Его можно рассчитать, если мы знаем абсолютное и атмосферное давление, используя эту формулу.

Единицы давления. Как следует из самого определения давления, его размерность совпадает с размерностью напряжения, т.е. представляет собой размерность силы, отнесенную к размерности площади.

За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) принят паскаль - давление, вызываемое силой, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью, т.е.. Наряду с этой единицей давления применяют укрупненные единицы: килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа):

Манометрическое давление обычно дается в фунтах на квадратный дюйм. Итак, когда ваш механик измеряет давление в шинах и заполняет воздух до 32 фунтов на квадратный дюйм, он измеряет внутреннее давление шины, которое превышает атмосферное давление. Атмосферное давление на уровне моря составляет 7 фунтов на квадратный дюйм.

Манометрическое давление может быть измерено для всех жидкостей - воздуха, а также жидкостей. Примером может служить ртутный барометр, который указывает на атмосферное давление. Это был единственный способ измерить атмосферное давление несколько десятилетий назад. В этом случае стеклянная трубка, которая закрыта на одном конце, заполнена ртутью, а затем помещена вверх дном в контейнер с ртутью. Когда ртуть падает под действием силы тяжести, она создает вакуум в верхней части закрытого конца трубки.

В технике в настоящее время в некоторых случаях продолжают применять также техническую МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда, а) и физическую СГС (сантиметр, грамм, секунда) системы единиц. Используются также внесистемные единицы - техническую атмосферу и бар:

Не следует также смешивать техническую атмосферу с физической, которая все ещё имеет некоторое распространение в качестве единицы давления:

Когда атмосферное давление увеличивается, давление на поверхность ртути в контейнере увеличивается и приводит к увеличению количества ртути в стеклянную трубку; поэтому уровень ртути внутри стеклянной трубки соответственно увеличивается. Затем вы можете прочитать атмосферное давление как значение, вытравленное на стеклянную трубку на верхнем уровне колонны ртути.

Найдите вес, поднятый гидравлическим прессом, когда сила, приложенная к плунжеру, составляет 500 Н. 3 Задача 3Вычислите давление из-за столбца 3 дюйма. Найдите интенсивность давления на поверхности двух жидкостей и на дне бака 8 Задача 7 Диаметры маленького поршня и большого поршня гидравлического домкрата 3 см и 10 см соответственно. Найдите груз, поднятый большим поршнем, когда: поршни находятся на одном уровне. маленький поршень на 40 см выше большого поршня. Абсолютное давление: определяется как давление, которое измеряется относительно абсолютного давления вакуума. Избыточное давление: определяется как давление, которое измеряется с помощью измерительного прибора, давление, в котором атмосферное давление принимается в качестве опорной точки. Атмосферное давление на шкале обозначается как ноль. Вакуумное давление: определяется как давление ниже атмосферного давления. Манометры определяются как устройства, используемые для измерения давления в точке в жидкости путем балансировки колонны жидкости тем же или другим столбцом текучей среды. Они классифицируются как: простые манометры, дифференциальные манометры. 2 механические датчики. Механические датчики определяются как устройства, используемые для измерения, давления путем балансировки колонны жидкости пружиной или мертвой массой. Центр трубы на 12 см ниже уровня ртути в правой конечности. Другой конец манометра открыт для атмосферы. Правая часть манометра содержит ртуть и открыта для атмосферы. Контакт между водой и ртутью находится в левой конечности. Опишите порядок в обоих случаях. Показания манометра, приведенные на рисунке, показывают, когда сосуд пуст. Воды. 23. Для более глубокого изучения вакуумных систем прочтите «Установка вакуума на работу», «Сократите экономию энергии от пневматических систем», «Обработка вакуума» и «Проектирование с помощью вакуумных и присосок».

2.1.3. Свойства гидростатического давления

Гидростатическое давление обладает двумя основными свойствами.

1-ое свойство. Силы гидростатического давления в покоящейся жидкости всегда направлены внутрь по нормали к площадке действия, т.е. являются сжимающими.

В промышленной вакуумной системе вакуумный насос или генератор удаляет воздух из системы, чтобы создать перепад давления. Однако вычисление рабочих сил или изменение объема в вакуумных системах требует преобразования отрицательного избыточного давления или абсолютного давления. Грубая, до 28 дюймов. . Из них только вентилятор является экономичным выбором для автономных или специализированных вакуумных систем. В большинстве применений важно, чтобы генератор мог вытащить необходимый вакуум за максимально короткий промежуток времени, чтобы минимизировать потребление воздуха.

Это свойство доказывается от противного. Если предположить, что силы направлены по нормали наружу, то это равносильно появлению в жидкости растягивающих напряжений, которых она воспринимать не может (это вытекает из свойств жидкости).

2-ое свойство . Величина гидростатического давления в любой точке жидкости по всем направлениям одинаково, т.е. не зависит от ориентации в пространстве площадки, на которую оно действует

В физике разные выражения используются для физического количества «давления». Они должны быть объяснены здесь для лучшего понимания. Давление, измеренное относительно атмосферного давления или атмосферного давления, называется избыточным давлением. Внутри помещения, например, избыточное давление возникает, когда в то же время объемный объем больше проникает в пространство, чем возникает. Если давление в определенном объеме, например сосуд, меньше, чем давление окружающей среды вне сосуда, существует отрицательная разность давлений.

Это также называют вакуумом. При абсолютном давлении измеряется разность идеального вакуума. Поэтому внешние впечатления, такие как погода или высота над уровнем моря, не влияют на результат измерения. Давление всегда связано с абсолютной нулевой точкой - абсолютным вакуумом. Известным показателем абсолютного давления является давление окружающей среды. Все физические формулы на предмет давления обычно работают с данными абсолютного давления. Это также относится к формулам, представленным на этих страницах.

где - гидростатические давления по направлению координатных осей;

То же по произвольному направлению.

Для доказательства этого свойства выделим в неподвижной жидкости элементарный объем в форме тетраэдра с ребрами, параллельными координатным осям и соответственно равными , и (рис. 2.3).

Если необходимо провести различие, это делается с метками для относительного давления и для абсолютного давления. Измерение относительного давления всегда измеряет разницу с преобладающим давлением окружающей среды. Однако на это влияет соответствующее расстояние до уровня моря и изменения погоды и постоянно меняется. Поэтому спецификация относительного давления всегда относится к текущему атмосферному давлению и зависит от него. Относительно этого мы говорим о избыточном давлении, когда давление больше, чем давление окружающей среды, или когда давление ниже, чем давление окружающей среды.

Рис. 2.3. Схема для доказательства свойства

о независимости гидростатического давления от направления

Введем обозначения: - гидростатическое давление, действующее на грань, нормальную к оси;

Давление на грань, нормальную к оси;

Давление, действующее на наклонную грань;

Таким образом, испытательное давление всегда задается как относительное давление. Соответствующие регуляторы давления автоматически устанавливают требуемое испытательное давление как разность давлений по отношению к текущему окружающему давлению. Соответствующий дисплей давления всегда ссылается на давление окружающей среды.

Однако на некоторых устройствах испытательное давление измеряется датчиками абсолютного давления. В этом случае давление указывается со ссылкой на абсолютный вакуум. Известной системой измерения абсолютного давления является барометр. Он измеряет текущее преобладающее атмосферное давление против абсолютной нулевой точки.

Площадь этой грани;

Плотность жидкости.

Запишем условия равновесия для тетраэдра (как для твердого тела) в виде трех уравнений проекций сил и трех уравнений моментов:

При уменьшении в пределе объема тетраэдра до нуля система действующих сил преобразуется в систему сил проходящих через одну точку, и, таким образом, уравнения моментов теряют смысл.

Таким образом, внутри выделенного объема на жидкость действует единичная массовая сила, проекции ускорений которой равны , , и. В гидравлике принято массовые силы относить к единице массы, а так как, то проекция единичной массовой силы численно будет равна ускорению.

где,- проекции единичной массовой силы на оси координат;

Масса жидкости;

Ускорение.

Составим уравнение равновесия выделенного объема жидкости в направлении оси , учитывая при этом, что все силы направлены по нормалям к соответствующим площадкам внутрь объема жидкости:

где - проекция силы от гидростатического давления;

Проекция силы от давления;

Проекция массовой силы, действующей на тетраэдр.

Разделив уравнение (2.2) на площадь , которая равна площади проекции наклонной грани на плоскость , т. е. , получим

При стремлении размеров тетраэдра к нулю последний член уравнения, содержащий множитель , также стремится к нулю, а давленияи остаются величинами конечными.

Следовательно, в пределе получим

Аналогично составляя уравнения равновесия вдоль осей и, находим

Так как размеры тетраэдра , и и наклон площадки взяты произвольно, то, следовательно, в пределе при стягивании тетраэдра в точку давление в этой точке по всем направлениям будет одинаково. Что и требовалось доказать.

Рассмотренное свойство давления в неподвижной жидкости имеет место также при движении невязкой (идеальной) жидкости. При движении же реальной жидкости возникают касательные напряжения, вследствие чего давление в реальной жидкости указанным свойством, строго говоря, не обладает.

В общем случае давление в точке зависит от координат рассматриваемой точки, а при неустановившемся движении жидкости может изменяться в каждой данной точке с течением времени: .

Несмотря на всю тривиальность и простоту вопроса, случается, что люди не вполне понимают суть понятий «абсолютное давление», «избыточное давление», «дифференциальное давление», (нормальное) «атмосферное давление» и др., путая их или не понимая их не только количественное, но и качественное отличие друг от друга. На этой странице мы решими написать несколько слов о понятии различных давлений. Мы не стремились представить ниже полную информацию по этому вопросу - ее можно без труда найти, например, в Википедии - а старались, наоборот, изложить основной смысл этих понятий кратко.

Абсолютное давление

Понятие «абсолютного давления» относится к способу указания давления относительно точки отсчета. Абсолютное давление - это то давление, для указания которого используется, в качестве точки отсчета, абсолютный вакуум. Предполагается, что не может существовать давления, меньшего, чем абсолютный вакуум - следовательно, относительно него любое давление может быть обозначено положительным числом.

То абсолютное давление, которое находится между абсолютным вакуумом и давлением, которое принято считать имеющемся на уровне моря (нормальное атмосферное давление = 101325 Па ≈ 760 мм ≈ 1 абсолютный бар), является частичным вакуумом.

То абсолютное давление, значение которого выше уровня нормального атмосферного давления, может быть также обозначено как избыточное давление, с точкой отсчета, за которую принято стандартное атмосферное давление. Абсолютное давление равно избыточному давлению плюс атмосферному давлению.

На письме, то, что указывается именно абсолютное давление, иногда подчеркивают литерой а как в русском, так и в английском и немецком языках, например: бар(а). Например, давление на уровне моря примерно составляет 1 бар(а).

Избыточное давление

Понятие избыточного давления также, как и абсолютного давления, относится к точке отсчета для указания давления. Избыточное давление - это то давление, для указания которого используется, в качестве точки отсчета, нормальное атмосферное давление.

Избыточное давление равно абсолютному давлению минус атмосферное давление. Например, давление на уровне моря, которое составляет 1 бар(а), может быть также указано как избыточное давление, составляющее 0 бар(и).

На письме указание на избыточное давление иногда подчеркивается литерой и в русском языке, g в английском (от слова gauge , то есть прибор[ное давление] - т.к. на манометрах обычно отображается именно избыточное давление), и литерой ü в немецком (от слова Überdruck , то есть «сверхдавление»).

Атмосферное давление, нормальное атмосферное давление

Понятие атмосферного давления качественно отличается от понятий избыточного и абсолютного давления, и относится не к точке отсчета, а к месту измерения. Атмосферное давление - это давление, имеющееся в какой-либо точке измерения на Земле. Атмосферное давление может сильно варьироваться в зависимости от высоты и погодных условий. Что касается точки отсчета, то атмосферное давление - всегда абсолютное.

В качестве нормального атмосферного давления приняты, в рамках разных стандартов, разработанных разными организациями, разные значения - наиболее распространенным, однако, является принятие за нормальное атмосферного давления 101325 Па. Среди европейских производителей оборудования принято также условно считать это давление соответствующим 1 бару.

Дифференциальное давление

Дифференциальное давление - это разница между давлением в двух точках измерения. Оно не является ни абсолютным, ни избыточным, и используется обычно как показатель падения давления на каком-либо оборудовании или его составляющем компоненте (чаще всего - на фильтрах для очистки сжатого возудха и газов).

Рис. 2.2. Шкалы давления. Связь между давлением абсолютным, избыточным и вакуумом

Абсолютное давление отсчитывается от абсолютного нуля (рис. 2.2). В этой системе атмосферное давление . Следовательно, абсолютное давление равно

Абсолютное давление всегда является величиной положительной.

Избыточное давление отсчитывается от атмосферного давления, т.е. от условного нуля. Чтобы перейти от абсолютного к избыточному давлению необходимо вычесть из абсолютного давления атмосферное, которое в приближенных расчетах можно принять равным 1ат :

Иногда избыточное давление называют манометрическим.

Вакуумметрическим давлением или вакуумом называется недостаток давления до атмосферного

Например:

- абсолютное давление равно 1,5 кг/см 2 ;

- избыточное давление равно 0,5 кг/см 2 ;

- вакуум составляет 0,1 кг/см 2 .

За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) принят паскаль — давление, вызываемое силой , равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью , т.е. . Наряду с этой единицей давления применяют укрупненные единицы: килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа).

Давление - физическая величина, характеризующая интенсивность сил, действующих по нормали к поверхности тела и отнесенных к единице площади этой поверхности.

Различают следующие виды давлений:

барометрическое (атмосферное)
нормальное
абсолютное
манометрическое (избыточное)
акууметрическое (разряжения)

Для измерения давления применяются различные единицы: Паскаль (Па), бар, техническая атмосфера или просто атмосфера, миллиметр ртутного или водяного столба, которые находятся в следующих соотношениях:

1 Па = 10^-5 бар = 1,02 * 10^-5 кгс/см2 = 7,5024 * 10^-2 мм рт. ст.

Барометрическое давление зависит от массы слоя воздуха. Самое большое барометрическое давление было зарегистрировано на уровне моря и составило 809 мм рт. ст., а самое низкое - 684 мм рт. ст. Барометрическое давление выражается высотой столба ртути в мм, приведенного к 0 °С.

Нормальное давление - это среднее значение давления воздуха за год на уровне моря, которое определяется ртутным барометром при температуре ртути 273 К. Оно равно примерно 101,3 кПа (750 мм рт. ст.). То есть нормальным давлением называется барометрическое давление, равное одной физической атмосфере и является частным случаем барометрического давления.

Абсолютным давлением называется давление газов и жидкостей в закрытых объемах. Оно не зависит от состояния окружающей среды.

Манометрическое давление — это разность между абсолютным давлением и барометрическим давлением, если первое больше второго.

Манометр - прибор с помощью которого измеряют давление в закрытом сосуде, находясь вне этого сосуда, испытывает давление как со стороны окружающей среды, так и со стороны сосуда. Поэтому полное или абсолютное давление газа в сосуде равно сумме манометрического давления и барометрического.

Вакуумметрическим давлением называется разность между барометрическим давлением и абсолютным давлением, если последнее меньше первого.

В термическое уравнение состояния, как и в большинстве аналитических выражений, описывающих физические законы, входит абсолютное давление, обусловленное молекулярно-кинетической теорией. Существуют приборы, позволяющие измерить величину этого давления, однако, устройство их достаточно сложное, а стоимость высокая. На практике проще организовать измерение не абсолютной величины давления, а разности двух давлений: искомого и атмосферного (барометрического). Знание величины атмосферного давления, измеренного с помощью того или иного типа барометра, позволяет легко получить и величину абсолютного давления. Часто достаточную точность обеспечивает знание средней величины атмосферного давления. Если определяемая величина давления больше атмосферного, то положительная величина разности давлений называется избыточным давлением, которое измеряется различными типами манометров. Если определяемая величина давления меньше атмосферного, то избыточное давление является отрицательной величиной. Абсолютное значение разности давлений называется в этом случае вакуумметрическим давлением ; оно может быть измерено посредством вакуумметров различного типа.

Если измеряемое давление больше атмосферного, то Рабе = Ризб. + Ратм.; если измеряемое давление меньше атмосферного,

ТО Рабе. = Ратм. - Рва* И Рвак = - Ризб.

Размерность давления [р] = ML -| Т “ 2 . Единица давления в Международной системе единиц называется паскаль (Па). Паскаль равен давлению, вызываемому силой 1 Н, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м 2: 1 Па = 1 Нм -2 = 1 кг м 1 с" 2 . В США, Великобритании и некоторых других странах на практике давление часто измеряют в фунтах на квадратный дюйм (lb/sq.inch или psi). ! бар = Ю 5 Па = 14,5 фунт/кв. дюйм.

Длинная (около 1 м), запаянная с одного конца трубка, заполненная ртутью и опущенная открытым концом в сосуд со ртутью, сообщающийся с атмосферой, называется ртутным барометром. Он позволяет определять давление атмосферы по высоте столбика ртути, заполняющего трубку. Прибор впервые описан Е.Торри-челли (Е. Torricelli) в 1644 г. Проведение систематических количественных измерений давления атмосферы с помощью ртутного барометра предложено Декартом в 1647 г. Действие прибора основано на том, что давление в области над поверхностью ртути в трубке пренебрежимо мало (объем пространства над ртутью в трубке называется торричеллиевой пустотой). В этом случае из условий механического равновесия ртути следует связь между давлением атмосферы и высотой столба ртути: ро = pgh. Давление паров ртути в торричеллиевой пустоте при температуре Т = 273 К составляет 0,025 Па.

Давление атмосферы (или атмосферное давление) зависит от высоты места наблюдения и погодных условий. В обычных условиях на уровне моря высота столба ртути составляет около 76 см и уменьшается при подъеме барометра.

В геофизике принята модель стандартной атмосферы , в которой уровню моря соответствуют температура Т =288.15 К (15°С) и давление ро =101325,0 Па. Состояние газа с таким же давлением при температуре Т = 273.15 К (0°С называется нормальными условиями. Близкие к величине атмосферного давления значения рт = 9.81 10 4 Па, р в =Ю 5 Паи рр =1.01 ЗЛО 5 Па используются в естествознании и технике для измерения давлений и называются технической атмосферой (рт), баром (рв) и физической атмосферой (рр).

При постоянной температуре атмосферы изменение давления с высотой Л описывается барометрической формулой, учитывающей сжимаемость воздуха:

п _ _ „ -ЦвИ/ЯТ

Здесь ц - молярная масса воздуха р = 29=10" 3 кг моль g - ускорение свободного падения вблизи поверхности Земли, Т - абсолютная температура, а Я - молярная газовая постоянная Я =8.31 Дж К" 1 моль" .