Давление газов и его разновидности

Как известно, давление – это сила, действующая на единицу площади. Различают давление абсолютное и избыточное. избыточное давление – разница между давлением в какой-либо емкости, газопроводе и т. д. и в окружающей атмосфере. Если давление в емкости меньше атмосферного (отрицательное избыточное давление), то его называют разрежением. В металлургической теплотехнике пользуются избыточным (над атмосферным) давлением. Различают три основных вида давления: геометрическое, статическое, динамическое давление.

Геометрическое давление обусловлено стремлением горячих газов подняться вверх. Если в результате разности плотностей окружающего воздуха и газа последний переместится на высоту Н, то геометрическое давление

, (1.7)

где: g – ускорение силы тяжести, м/с²;

r_в,r_г – плотность, соответственно воздуха и газа, кг/м³;

Н – расстояние, на которое переместился газ, м.

Статическое давление Р_ст. – это разность давлений заключенного в сосуде газа и окружающей среды. Оно может быть как положительным, так и отрицательным. Его величина определяется из опыта с помощью U – образного манометра (пьезометра). Манометр устанавливают так, чтобы один конец сообщался с атмосферой, а выходное отверстие другого конца было расположено перпендикулярно направлению потока газа.

Рисунок 1

Динамическое давление наблюдается при движении газа.

Оно равно:

(Н/м²). (1.8)

Динамическое давление обусловлено скоростью потока и может быть определено экспериментально (рис 1.).

Сумма статического и динамического давления составляет полное давление Р_п.=Р_ст.+Р_дин., которое воспринимается трубкой помещенной навстречу потока. Но поскольку Р_дин=Р_п.-Р_ст, манометр нам покажет динамическое давление. Существуют специальные приборы, позволяющие определить динамическое давление газового потока. Это напорные трубки или трубки Пито.

Статистическое давление характеризует тот запас потенциальной энергии, которой располагает 1 м² газовой системы. Представьте воздушный шар – давление на стенки – статическое давление.

Динамическое давление – это кинетическая энергия потока. В процессе движения газа на преодоление всевозможных сопротивлений затрачивается часть кинетической энергии, убыль которой восстанавливается за счет запаса потенциальной энергии (статического давления), например, от вентилятора создается избыточное статическое давление при движении газа по газопроводу.

Единицы измерения давления:

1атм = 1 кг/см²;

1атм = 760 мм. рт. ст.

1 атм = 10⁴ кг/м² (мм. в. ст.) * 9,81 »10⁵н/м² (Па).

Лекция 3:

Статика газов

1. Уравнение Эйлера

Статика газов изучает равновесие (состояние покоя) газов. Основными уравнениями для статики газов являются уравнения Эйлера.

На любой объем покоящегося газа действуют только силы тяжести и давления. Силы инерции и трения проявляются лишь при движении среды. В неподвижном (покоящемся) объеме газа объемные силы – силы тяжести действуют по вертикали, т. е. в направлении координатной оси Z, и вызывают соответствующие изменение давления. Уравнение Эйлера для статики газов составлено как баланс изменения энергии 1 м³ газа в направлении координатной оси Z и имеет вид:

, (1.9)

где r – плотность газа, кг/м³; g – ускорение силы тяжести, м/с²; dp – изменение (приращение) давления при изменении высоты столба газа на величину dz, в целом – градиент давления.

Уравнение (1.9) представляет собой баланс энергии, при котором изменение потенциальной энергии 1м³ газа на отрезке dz приводит к соответствующему изменению давления, т. е. можно записать уравнение (1.9) следующим образом:

. (1.10)

Решим уравнение (1.10) для каких-то двух сечений Z₁ и Z₂, расположенных на расстоянии Н друг от друга при условии r=const, т. е. газ как несжимаемая среда.

Рисунок 1

.

Тогда , (1.11)

где Р₁ и Р₂ – абсолютное давление соответственно в сечениях I и II;

r; g; H – геометрическое давление, обусловленное силой тяжести и зависящее от r и высоты Н столба газа, Па;

Z₁, Z₂ – расстояние от произвольно выбранного уровня отчета 0–0 до сечений I и II, м.

Это основное уравнение статики газов.