При каком давлении сжимается вода

Свойство воды как жидкости и действующие силы движения

Сжимаемость воды. Согласно закону Гука, увеличение давления в подземных водах с ростом глубины их залегания на ∆Р вызывает упру­гообратимое уменьшение исходного объема воды V на величину ∆V:

где E_в = 1/β_в — объемный модуль Юнга, для пресной негазированной воды равной 2000 МПа, β_в — коэффициент объемного сжатия или рас­ширения воды, равный 0,5 ·10 -3 МПа -1 , или 0,5 · 10 -5 м -1 .

Наличие растворенного газа и повышение температуры увеличи­вают сжимаемость воды.

Роль этого свойства подземных вод проявляется в их способности сжиматься под действием геостатического давления в ходе седимен­тации и расширяться при нарушении сплошности кровли пласта и снятии давления при бурении. Так формируются упругие запасы под­земных вод.

Плотность. Плотность воды определяется формулами

где g — ускорение свободного падения; ɣ — удельный вес воды; М — масса воды; V— объем воды.

Плотность пресной воды при 4°С равна 1000 кг/м 3 . С увеличением температуры плотность уменьшается, с увеличением давления и ми­нерализации — растет. Плотность морской воды — 1030 кг/м 3 , рассолов с минерализацией 300-400 г/дм 3 — 1200-1300 кг/м 3 . Это свойство про­является в плотностной конвекции — дифференциации и движении потоков подземных вод разной плотности при формировании место­рождений нефти и газа, соляных месторождений, инверсии океаниче­ских и морских вод в пресные воды побережья.

Плотность воды создает гидростатическое давление покоящейся жидкости, которое определяется только весом расположенного выше столба воды.

Гидростатический напор Н служит показателем потенциальной энергии веса жидкости и определяется зависимостью:

где h_p — пьезометрическая высота, характеризующая долю потенци­альной энергии, обусловленной действием гидростатического давле­ния; z — геометрическая высота рассматриваемого объема жидкости над плоскостью сравнения.

Вязкость — сопротивление воды течению. Уменьшается с ростом температуры и возрастает с ростом минерализации воды. В динамике потоков проявляется зависимостью фильтрационных свойств среды от минерализации и температуры. Реальные жидкости обладают вяз­костью или внутренним трением, т.е. сопротивлением перемещению слоев относительно друг друга. Вязкость проявляется в том, что ча­стицы жидкости проникают из слоя в слой, и каждый вышележащий слой увлекает за собой нижележащий. Силы вязкого трения увеличи­ваются с ростом скорости и уменьшением мощности слоя жидкости.

Гидродинамический напор. Включает потенциальную и кинети­ческую энергию. Согласно уравнению Бернулли, гидродинамический напор Н_u равен

где z — положение точки, в которой определен напор над горизонталь­ной плоскостью сравнения, u 2 /2g — скоростной напор, u — действительная скорость фильтрации.

Последняя величина в подземных водах очень мала, так как и не превышает нескольких метров в сутки, и в движении потоков пре­сных вод ею можно пренебречь. Тогда можно записать:

то есть гидродинамический напор равен гидростатическому рисунок ниже.

Гидродинамические показатели процесса фильтрации включа­ют понятия напора над плоскостью сравнения — Н [м], напорного гра­диента — I [безразмерный], скорости фильтрации — v [м/сут] и расхода воды — Q [м 3 /сут], единичного расхода — q [м 3 /сут].

Геометрическая интеграция гидростатического напора.

УГВ-уровень грунтовых вод.

Напорный градиент фильтрации подземных вод равен отношению разницы напоров, измеренных в двух точках (H₁ — H₂), к расстоянию между этими точками L_1-2 . Для горизонтального (латерального) направления фильтрации имеем среднии градиент потока:

для вертикального перетока через слабопроницаемый слой имеем средний градиент:

где H_А и H_Б — напоры в разных водоносных пластах, разделенных относительным водоупором мощно­стью m₀.

Геостатическое давление — пластовое давление, формирующее­ся под влиянием веса вышележащих пород. Величина геостатического давления определяется по формуле

где ρ_n — среднее значение плотности горных пород, z_n — мощность гор­ных пород над кровлей водоносного пласта.

Из формулы следует, что изменение мощности z_n в результате накопления осадков, эрозионной деятельности рек или сооружения карьеров, наполнения водохранилищ вызывает изменение геостатического давления. Геостатическое давление направлено по нормали вниз. В закрытых структурах накопление осадков на поверхности вы­зывает увеличение геостатического давления, отжатие поровых рас­творов из глин (элизионное питание) в водоносный пласт, а упругое сжатие поровых растворов приводит к накоплению упругих запасов. В изолированных структурах геостатическое давление является од­ной из причин возникновения аномально высоких пластовых давле­ний, которые сопровождаются аварийными выбросами газо-водо-не- фтяной смеси из скважин.

Гидростатическое давление в подземных водах оказывает взве­шивающее воздействие на скелет горных пород, то есть уменьшает воздействие геостатического давления. При осушении водоносных пластов гидростатическое давление уменьшается и породы уплотня­ются за счет увеличения результирующего воздействия от разницы геостатического и гидростатического давлений. Особенно значитель­но этот процесс влияет на глинистые породы. И наоборот, при снятии геостатического давления в горных выработках происходит наруше­ние равновесия с гидростатическим давлением, что вызывает выпор пород в дне выработок.

Источник

При каком давлении сжимается вода

Войти

Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal

Можно ли сжать воду?

Откуда же у воды эта колоссальная сила?

Надавим пальцем на небольшой булыжник. На нём не образуется ни малейшей вмятины. А в воду палец погрузится без всякого нажима. Кто знаком с физикой, сможет объяснить: нашей силы оказалось недостаточно, чтобы сжать камень. Вода же и не сжималась. Она лишь раздвинулась, вытеснилась пальцем и заняла новое место; при этом её уровень в сосуде повысился.

Значит ли это, что вода «слабее» камня?

В физической лаборатории можно произвести такой опыт: камень и примерно такой же объём воды попробовать сжать в мощном прессе. Надо воду налить в очень прочный стальной стакан и давить на её поверхность поршнем.

При определённой силе давления камень начнёт сжиматься, а затем крошиться, разрушаться. С водой же ничего не случится, если даже на неё давить с силой во много раз большей. При огромном давлении — около 10 000 тысяч атмосфер — вода сожмётся лишь на одну шестую часть своего объёма.

Этим свойством воды широко пользуются в технике, например в устройствах гидравлических прессов и подъёмников.

Плотной струёй воды, выбрасываемой из особых водяных пушек — гидромониторов, дробят пласты угля и торфа, гасят пламя пожаров. Специальные суда — земснаряды, используя силу воды, размывают природные грунты (песок, глину, гравий и др.), перекачивают их по трубам и в короткий срок намывают гигантские плотины, дамбы и т.п.

Огромная сила воды проявляется и при её охлаждении. Как действует холод на большинство веществ? Они сжимаются, становятся меньше по объёму. Это явление всегда учитывается при строительстве зданий, линий электропередач и т.п.

У воды — иное свойство. Когда она превращается в лёд, то расширяется, занимает больший объём. Вода, замёрзшая в горных расщелинах, легко раскалывает прочнейшие каменные массивы. Много раз бывало, что корпуса больших кораблей, вмёрзшие в полярные льды, раздавливались, как хрупкие скорлупки.

Источник: «Природа — мудрый конструктор» К. Курденков, Ю. Юркан. 1967 г.

Источник

Основные понятия о жидкости и сжатом воздухе

Жидкости являются телами, которые имеют почти постоянный объем, но не имеют постоянной формы.

Жидкости разделяются на вязкие и невязкие. К вязким жидкостям относятся: глицерин, машинное масло, олифа и др. Невязкими и текучими жидкостями являются: вода, бензин, спирт и др. При нагревании жидкости расширяются в объеме: например, вода расширяется на 0,0006, глицерин на 0,0003, керосин на 0,001 своего первоначального объема при повышении температуры на Г. С увеличением давления жидкость незначительно сжимается, т. е. уменьшается в объеме. При давлении в 1 атмосферу вода сжимается на 0,00005 своего первоначального объема. Величина эта так незначительна, что практически можно считать жидкости несжимаемыми.

Сжатый воздух, которым пользуются в качестве механической движущей силы для приведения в действие машин, вырабатывается из атмосферного воздуха.

Как все газы, так и атмосферный воздух обладает способностью сжиматься. На этом важном свойстве — способности к сжатию атмосферного воздуха — и основан способ получения сжатого воздуха и его применение в промышленности.

Сжатие атмосферного воздуха производится особыми машинами, называемыми компрессорами.

Существуют компрессоры поршневые и турбинные, резко отличающиеся по своему устройству и принципу работы. Поршневые компрессоры строят одноступенчатыми, двухступенчатыми и многоступенчатыми.

Одноступенчатыми они называются потому, что воздух сжимается в них до рабочего давления в 6—7 ат за один прием — одну ступень. В двухступенчатых компрессорах воздух до рабочего давления сжимается в два приема — две ступени. Процесс сжатия воздуха в двухступенчатом компрессоре производится сначала в первом цилиндре до 4 от, а потом через промежуточный охладитель переходит во второй, в котором он подвергается вторичному сжатию до 7 ат.

При потреблении сжатого воздуха, превышающего давление 6—7 ат, применяют многоступенчатые компрессоры. Давление в них может быть доведено до 150 ат.

Для получения сжатого воздуха высокого давления применяются турбинные компрессоры. Турбинные компрессоры имеют ряд преимуществ перед поршневыми компрессорами, они конструктивно более совершенны, надежны в действии и более компактны. Но турбинные компрессоры более дорогие как по стоимости, так и по эксплуатационным расходам, поэтому они применяются обычно при большом потреблении сжатого воздуха.

Атмосферный воздух в компрессорах подвергается сжатию. Степень сжатия зависит исключительно от количества затраченной для этого энергии. Чем больше будет затрачено энергии, тем сильнее будет сжат атмосферный воздух.

При сжатии воздух уменьшается в объеме и занимает меньше места: объем сжатого воздуха много меньше объема атмосферного воздуха. Сжатый до определенного давления воздух обладает большой упругостью. Эта упругость сжатого воздуха есть не что иное, как запасенная частицами воздуха энергия давления. Чем больше будет сжат воздух, тем больше, в силу своей упругости, он будет стремиться к расширению. Воздух, освобождаясь от сжатия, стремится к быстрому расширению и этим производит определенную работу. Энергия при превращении в работу широко используется в пневматических инструментах и машинах. Подача сжатого воздуха от компрессоров к необходимым местам производится по трубопроводам.

Источник

Сжимаемость жидкости

Сжимаемость — свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Сжимаемость жидкостей характеризуется коэффициентом объемного сжатия β_р, который выражает относительное изменение объема жидкости V₀, отнесенное к единице давления p и определяется по формуле

Знак минус в формуле обусловлен тем, что положительному прира­щению давления соответствует отрицательное приращение (уменьшение) объема. Единицы измерения β_р в системе МКГСС — м 2 /кгс, в системе СИ — 1/Па. Часто β_р выражается в см 2 /кгс.

Если принять, что приращение давления dp=p—р₀, а изменение объема dV=V-V₀, то

где V и V₀ — объемы, а ρ и ρ₀ — плотности соответственно при давлениях p и р₀.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется объемным модулем упругости жидкости: Е_ж =1/β_р. Единицы измерения Е_ж те же, что и давления: в системе МКГСС — кгс/м 2 , в системе СИ — Н/м 2 или Па (паскаль), часто применяется также кгс/см 2 . Значения Е_ж жидкостей зависят от температуры t и давления р.

Различают адиабатический и изотермический модули упругости. Первый несколько больше второго и проявляется при быстротечных процессах сжатия жидкости, например при гидравлическом ударе в трубах.

Изотермический модуля упругости воды в МПа.

При изменении давления и температуры в небольших пределах значение Е_ж можно считать величиной постоянной. Средние значения изотермического модуля упругости некоторых жидкостей приведены далее в таблице.

Вильнер Я.М. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам.

Самые читаемые статьи в этом разделе!

Рекомендуем почитать!

Комментарии к этой статье!!

Ася 2020-02-21

alexandr 2018-06-27

Заметка написана кратко и понятно. Спасибо Автору! Что же до просьбы «студента»: >, — то она невыполнима, поскольку вступает в противоречие со Специальной Теорией Относительности, согласно которой, сообщение телу некоторой дополнительной энергии ∆Е (допустим, энергии сжатия) влечёт за собой и одновременное увеличение массы этого тела на величину ∆m = ∆Е / c².

Алекс 2017-08-28

Спасибо за статью!

репЦензура 2017-08-27

энергия воды репЦензура

Игорь 2014-03-23

Может кто то имеет информацию по процессу истечения топлива в элементах топливной аппаратуры дизелей. Буду очень признателен. Уважением Игорь

Александр 2014-03-22

Килограмм пуха и килограмм железа имеют равную массу

Айнур 2014-03-17

Комментарий добавил(а): студент Дата: 2014-03-05 закон сохранения массы

студент 2014-03-05

препод. просит каким то образом доказать что масса жидкости до и после сжатия равна. помогитеееееее!

Леонид 2013-11-21

Спасибо, конкретный, достоверный и весьма полезный материал для физика. Различия значений изотермического и адиабатического модулей могут обусловливаться различиями значений определяющих параметров.

Элмир 2013-02-28

адиабатический модули упругости меньше изотермического. В статье ошибка

Николаю 2013-02-13

Для тебя возьми объем трубопровода и это будет объем жидкости. Приведенные величины дают эффект на сотые доли процента только при очень больших давлениях.

Николай 2012-02-20

Добрый день по какой формуле рассчитать объем жидкости необходимый для поднятия определенного давления в длинном металлическом трубопроводе при определенной температуре? заранее благодарен 🙂

РОМКА 2012-01-11

mirali 2011-06-25

esli mojno po podrobnee

Гость q 2011-06-07

Мне показалось, что: относительное изменение объема жидкости V0. как следует из определения dV0/ на что-то о чем не сказано. где dV0 — изменение объёма жидкости, —— Наверное, должно быть так: Сжимаемость жидкостей характеризуется коэффициентом объемного сжатия βр, который выражает отношение изменения объёма жидкости dV к её исходному объёму V0, по отношению к изменению давления dp создавшему изменение объёма жидкости dV. или так: Относительное изменение объёма жидкости приведённое к начальному объёму dV/V0, относительно изменения давления dp его создавшее. Думаю, для студентов, которые читают будет понятно. Есть ещё моменты: 1) Где то в середине статьи происходит переход от сжимаемости к модулю упругости, который оказывается уже зависит и от температуры, однако ранее в выкладках на эту зависимость не было указаний и её учёта при выводе формул. По моему, при учёте зависимости упругости и сжимаемости от температуры формулы существенно усложняются, д

Глеб Белов 2011-04-12

Я профессиональный инженер-гидравлик. Приведенная статья являются основоплагающей, соответственно никаго бреда тут нет — все по делу и правильно написано

К Ирине 2011-01-23

Прежде чем писать под статьей «бред», напиши как правильно. А иначе людей путаешь.

Ирина 2011-01-15

Источник