«Как рассчитать перепад давления?», в этой статье мы постараемся найти ответ на этот вопрос. Также мы обсудим различные устройства для измерения перепада давления.
Разность давлений, также известная как градиент давления или дифференциальное давление, представляет собой разницу между двумя измеренными значениями давления или сравнение двух произвольных давлений.
Перепад давления рассчитывается в различных отраслях промышленности на ежедневной основе для потока и фильтрации различных жидкостей по трубопроводам.
Разность давлений или дифференциальное давление ΔP представляет собой разницу между любыми двумя приложенными давлениями, как правило, все показания давления можно считать дифференциальными, как, в случае абсолютного давления, по отношению к вакуумметрическому давлению и манометрическому давлению по отношению к атмосферному давлению.
Что такое давление?
Проще говоря, давление — это сила, действующая на заданную площадь.
Давление определяется как сила на единицу площади.
Давление = сила/площадь
Где Сила (F) находится в Ньютонах
И площадь (A) в метрах2
Следовательно, давление, p=F/A, ньютон/метр.2 или Паскаль.
Давление увеличивается по мере того, как мы спускаемся с поверхности жидкости, давление всегда больше для более плотной среды. Манометр и барометр — это измерительные приборы, используемые для измерения давления.
Что такое разница давлений?
Перепад давления рассчитывается через равные промежутки времени или непрерывно в различных отраслях промышленности, таких как химические заводы, нефтеперерабатывающие заводы, нефтехимические заводы и т. д.
Разность давлений – это разница между давлениями, когда они измерены в разных точках. Расчеты перепада давления регулярно выполняются в различных отраслях промышленности для измерения расхода и уровня жидкостей, мониторинга фильтров и обнаружения засоров. Разница давлений измеряется в фунтах на квадратный дюйм (PSI).
Эта простая концепция перепада давления играет важную роль в перерабатывающей промышленности, поскольку она отвечает за поток жидкости из одной точки в другую. Повышение давления в кабинах самолетов является одним из наиболее популярных применений перепада давления.
Перепад давления постоянно контролируется в промышленности, чтобы знать, есть ли какие-либо засоры или загрязнения в трубопроводе.
Если часть трубопровода забивается, происходит изменение давления, что приводит к изменению перепада давления, оператор может легко определить точную точку засорения и очистить трубопровод, чтобы обеспечить плавный поток жидкости.
Для максимального значения перепада давления нам, возможно, придется заменить фильтр, иначе это может привести к повреждению или коррозии.
Для определения дыхательного потока в медицинских устройствах, блокировки потока воздуха в различных устройствах, обнаружения засорения фильтров в вытяжных вентиляторах, кондиционерах, вытяжных каналах — это примеры приложений, где мониторинг перепада давления играет важную роль.
Разница гидростатического давления
Разность гидростатического давления — это конкретное измерение давления жидкости над вертикальной исходной точкой в разных точках или на разной высоте от исходной линии.
Давление жидкости в состоянии покоя на определенной глубине из-за силы гравитации известно как гидростатическое давление, и гидростатическое давление увеличивается по мере увеличения глубины, измеренной от поверхности, из-за того, что увеличивающийся вес жидкости оказывает большее нисходящее усилие на нижние слои жидкости.
Формула, используемая для расчета гидростатического давления, показана ниже:
р=ρgh
Где,
P — давление, оказываемое жидкостью в Нм.-2
ρ — плотность жидкости в кгм-3
g — ускорение свободного падения, рассматриваемое как 9.81 мс.-2
h — высота столба жидкости в м.
Пловец испытывает большее давление по мере того, как он уходит глубже под воду, из-за все большего и большего веса на поверхности, а также воздуха над ним.
Как рассчитать разницу давлений?
.Дифференциальные манометры и дифференциальные U-образные манометры используются для расчета разницы давлений между двумя точками одной и той же жидкости или разных жидкостей.
Дифференциальные манометры состоят из двух впускных отверстий, каждое из которых соединено с одной из труб или источников, давление в которых должно контролироваться.
Манометр с U-образной трубкой — это устройство, используемое для измерения разницы давлений между двумя точками, которые могут находиться в одной и той же трубе или в двух разных трубах. Как следует из названия, это похоже на букву U, нижняя часть стеклянной трубки заполнена тяжелой жидкостью, такой как ртуть, вода и воздух также используются в соответствии с требованиями.
Манометр дифференциального давления выполняет математическую операцию вычитания с помощью механических средств. Если существует разница давлений как в трубах, так и в источниках, давление, оказываемое на один измерительный элемент, больше, чем давление, оказываемое на другой элемент камеры, тогда манометр дифференциального давления показывает отклонение.
Как рассчитать перепад давления в манометре?
Разность давлений между двумя трубами или источниками рассчитывается с помощью дифференциального U-образного манометра.
Дифференциальный манометр — это устройство, используемое для сравнения давлений в двух разных трубах или емкостях по вертикальному расстоянию от поверхности жидкости в двух патрубках, когда каждый патрубок подключен к двум разным источникам.
Чтобы определить разницу давлений, умножьте разницу высот на плотность жидкости и ускорение свободного падения. Конечные единицы должны быть в паскалях.
Как рассчитать расход по перепаду давления?
Уравнение Бернулли дает связь между разностью давлений и Поток жидкости, используя это соотношение, мы можем легко рассчитать количество жидкости, протекающей в течение интервала времени.
Принцип Бернулли применим для несжимаемых жидкостей (с пренебрежимо малым вязкость) утверждает, что увеличение скорости жидкости, движущейся по линии тока, происходит при уменьшении статического давления жидкости. Проще говоря, статическое давление + динамическое давление = постоянное общее давление.
Принцип Бернулли можно выразить в виде математической формулы, как показано ниже:
Где v=скорость жидкости
g = ускорение свободного падения, рассматриваемое как 9.81 мс.-2
y=высота над базовой линией
p=давление жидкости
ρ = плотность жидкости
Теперь рассмотрим любые две точки в жидкости,
Теперь g одинаково в обеих точках,
Так как жидкость считается несжимаемой,
Из уравнения непрерывности, v1A1 = V2A2
Из уравнения (2)
Из уравнения (3) мы можем рассчитать скорость потока (Q = площадь x средняя скорость) через воздуховод, используя разницу давлений p1 — п2
Измерение количества потоки жидкости в пределах временного интервала очень важно в перерабатывающей промышленности для бесперебойного и безопасного выполнения различных операций.
Уравнение Хагена-Пуазейля дает отношения между падение давления и расход расход жидкости через длинную цилиндрическую трубу. Уравнение применяется для ламинарный поток несжимаемой жидкости, протекающей по трубе постоянного сечения.
Где Δp — разница давлений между двумя концами трубы.
L – длина трубы,
μ — динамическая вязкость,
объемный скорость потока,
R — радиус трубы,
А — поперечное сечение трубы.
Как рассчитать перепад давления в расходомере Вентури?
Вентуриметр — тип расходомера, в котором объемный расход жидкости определяется на основе теоремы Бернулли.
Когда жидкость проходит через вентуриметр, она ускоряется в сужающейся части и затем замедляется в расширяющейся части. Давление жидкости в вентуриметре разное, и разность давлений получается из показаний манометра. Используя эту расчетную разницу давлений и применяя уравнение Бернулли и уравнение непрерывности, рассчитывается объемный расход.
Что нужно знать о скорости потока(кликните сюда)
Keeping the pipes in your household protected means making sure they can handle the pressure of water and other liquids flowing through them. Regular maintenance to make sure they operate properly means figuring out whether you might need a differential pressure transmitter. These devices sense pressure levels in water.
Pressure Difference Formula
When water flows through pipes, it exerts a force on the inner walls of the pipe. Expressing this effect as a pressure, force divided by area, helps to demonstrate how strong it is for the flow of liquid. Use units of Pascals (Pa) to atmospheres (atm) to express pressure.
Use the pressure difference formula, the difference between any two other pressures, to compare other pressure values such as the pressures between two pipes. Differential pressure transmitters (DP transmitters) detect differences in pressure between two pipes or chambers and convert the energy from them to electricity. This makes them transducers, devices that convert one form of energy to another, so you may find that word used to refer to them as well.
Differential Pressure Transmitters
Many DP transmitters produce a 4 to 20 mA electric signal that can be sent across long distances and have use in industrial settings. They’re engineered to use methods of digital communication to allow researchers and other individuals to maintain pressure even long distances away.
Some DP transmitters are used alongside alarms to warn when pressure levels go beyond a certain limit. DP transmitters are also designed for practical applications in oil and gas flow metering across water and land, monitoring water in treatment plants and for pump systems so they can control flow rate in cooling towers.
Pressure Difference Examples
You can also use the Bernoulli Equation, based on Bernoulli’s principle, to describe the flow in DP transmitters. The principle itself is a set of equations that describe different types of flow, but many write the Bernoulli Equation as
frac{P}{rho}+frac{V_s^2}{2}+gz=constant
for velocity of the fluid in a continuous path Vs and height above a certain section of the pipe z.
The kinetic energy, how much energy the particles of the liquid have due to their own motion, causes these changes in pressure and volume to occur for flowing liquid. As the liquid flows from resting states to states of motion, its potential energy (how much energy it has resting) is converted to kinetic. This observation also lets you set values of energy equal to one another as pressure differences as:
frac{P_1}{rho}+frac{V_1^2}{2}+gz_1=frac{P_2}{rho}+frac{V_2^2}{2}+gz_2
for two pressures P1 and P2, two velocities V1 and V2 and two heights z1 and z2. Use this equation in conjunction with the differences in pressure between pipes or locations within pipes to determine differential pressure. The liquid must flow in a «steady-state» current, a method of current many fluid systems are designed to use, which means any change in the rate of flow or other factors that may affect the rate of flow are negligible.
You can calculate hydrostatic pressure for a liquid as
P=rho times gtimes h
for density of a liquid «rho» ρ (in kg/m3 but you can find other units of mass/volume, too), gravitational acceleration constant g (9.8 m/s2) and height of the liquid column h (in m or appropriate units of length). Pressure difference examples can show how DP transmitters work with respect to the flow of liquid.
Разность давлений и потери давления
Особенности терминов
«разность
давлений»
и «потери
давления»
поясним на
примерах.
Движение газа
происходит только при наличии разности
приведённых полных давлений
Dpпр
=
pпр.п1
–
pпр.п2
от точки с бóльшим
давлением pпр.п1
к точке с
меньшим pпр.п2.
Например, это является условием работы
систем естественной вентиляции зданий:
для удаления воздуха из помещения
давление pпр.п
внутри
должно быть больше, чем снаружи.
Потери давления
Dpпот
отражают потерю полной энергии потока
при движении газа. Например, чем длиннее
воздуховод, меньше его проходное
сечение, шероховатее его стенки, тем
больше будут потери давления в системе
вентиляции, что может ухудшить удаление
несвежего воздуха из помещений. В
покоящемся газе никаких потерь давления
нет.
При установившемся
движении газа разность давлений равна
потерям давления:
Dpпр
=
Dpпот,
что является уравнением
Бернулли в простейшей записи (см. с. 42).
Таким образом,
«разность
давлений»
является
причиной движения газа, а «потери
давления»
—
следствием.
При движении газа они численно равны.
Измеряются они в одних и тех же единицах
СИ —
паскалях (Па).
Режимы движения газа
При проведении
аэродинамического расчёта в первую
очередь нужно выяснить, какой режим
движения будет наблюдаться у данного
потока газа.
Режимы движения
газовых потоков делятся на два типа
(так же, как в жидкостях):
1) ламинарный,
спокойный, параллельноструйный, при
малых скоростях;
2) турбулентный,
вихреобразный, при больших скоростях.
Для выяснения типа
режима нужно рассчитать число Рейнольдса
Re
и сравнить его с критическим Reкр
для газа.
Число Рéйнольдса
для газа Re
вычисляется
по формуле:
Re
=vdэ/n
,
где dэ
—
эквивалентный диаметр трубопровода,
воздуховода или канала (см. с. 40); dэ
=
d,
если трубопровод круглого сечения.
Критическое число
Рейнольдса для газа Reкр»
2000 .
Если Re
‹
Reкр,
то режим ламинарный.
Если Re
›
Reкр,
то режим турбулентный.
На практике в
подавляющем большинстве случаев
наблюдается режим турбулентный: в
вентиляционных каналах (воздуховодах),
газопроводах, паропроводах, при
ветре.
Аэродинамика инженерных сетей
Инженерные сети
вентиляции и отопления зданий
рассчитываются по законам аэродинамики.
При этом используется уравнение Бернулли
для газа (см. с. 42), в котором фигурируют
давления, а не напоры. Даже водяное
отопление рассчитывается именно по
давлениям, так как в нём имеет место
изменение температуры жидкости и
соответственно её плотности, поэтому
применять величины напоров неудобно.
Аэродинамический расчёт этих сетей
сводится к определению действующей
разности давлений Dpпр
(вызывающей в них движение), потерь
давления в них Dpпот,
скоростей, расходов и геометрических
размеров проходных сечений.
Расчёт ведётся по
уравнению Бернулли так. Надо подобрать
такие размеры трубопроводов, каналов
и их проходных сечений (которые
создают сопротивления потоку), чтобы
скорости потоков были допустимыми,
расходы удовлетворяли нормам и разность
давлений Dpпр
была равна потерям давления в сети
Dpпот,
причём для запаса надёжности потери
искусственно увеличивают на 10 %.
Поэтому для расчёта инженерных
сетей уравнение Бернулли применяют
в такой записи:
Dpпр
=
1,1Dpпот,
и сеть окончательно
должна удовлетворять этому равенству.
Определение разности
давлений Dpпр
будет рассмотрено ниже на примерах
расчётов топки с дымовой трубой и
водяного отопления с естественной
циркуляцией.
Потери давления
Dpпот
в трубопроводе, воздуховоде или
газопроводе можно найти по формуле
Вéйсбаха
для газа:
,
где z
—
коэффициент гидравлического сопротивления,
тот же, что и для жидкости (см. с. 21),
только в случае некруглого сечения
надо использовать величину
эквивалентного диаметра dэ
вместо d.
Общие потери давления
Dpпот
складываются из суммы линейных
Dpl
и местных Dpм
потерь:
Dpпот
=
SDpl
+
SDpм
.
Для вычисления Dpl
и Dpм
применяется формула Вейсбаха для газа,
в которой вместо z
подставляют соответственно zl
или zм
(см. с. 23), а вместо d
—
dэ.
Например, при
определении Dpl
коэффициент линейного гидравлического
сопротивления (величина безразмерная)
zl
=
l
l/dэ
,
где l
—
длина прямолинейного участка сети.
Коэффициент гидравлического
трения l
при турбулентном режиме (практически
всегда в газовых потоках) определяется
так:
,
где D
—
шероховатость стенок трубопровода или
канала, мм.
Например, вентиляционные короба из
листовой стали имеют D
= 0,1
мм, а воздуховоды
в кирпичной стене D
=
4
мм.
Значения коэффициента
местных гидравлических сопротивлений
zм
принимаются по справочным данным для
конкретных участков деформации
потока (вход и выход из трубы, поворот,
тройник и т.д.).
Хранить трубы в вашем доме защищенными означает, что они могут выдерживать давление воды и других жидкостей, протекающих через них. Регулярное техническое обслуживание для обеспечения их правильной работы означает, что вам может понадобиться датчик перепада давления. Эти устройства чувствуют уровни давления в воде.
Формула разности давлений
Когда вода течет по трубам, она воздействует на внутренние стенки трубы. Выражение этого эффекта в виде давления, силы, деленной на площадь, помогает продемонстрировать, насколько она сильна для потока жидкости. Используйте единицы Паскалей (Па) в атмосферу (атм), чтобы выразить давление.
Используйте формулу разности давлений, разницу между любыми двумя другими давлениями, чтобы сравнить другие значения давления, такие как давления между двумя трубами. Датчики перепада давления (датчики DP) обнаруживают разницу в давлении между двумя трубами или камерами и преобразуют энергию от них в электричество. Это делает их преобразователями, устройствами, которые преобразуют одну форму энергии в другую, так что вы можете найти это слово, используемое также для обозначения их.
Датчики перепада давления
Многие DP-передатчики вырабатывают электрический сигнал 4–20 мА, который можно передавать на большие расстояния и использовать в промышленных условиях. Они спроектированы так, чтобы использовать методы цифровой связи, чтобы позволить исследователям и другим людям поддерживать давление даже на большом расстоянии.
Некоторые датчики DP используются вместе с сигналами тревоги, чтобы предупредить, когда уровни давления выходят за пределы определенного предела. Датчики DP также предназначены для практического применения при измерении расхода нефти и газа в воде и на суше, контроля воды на очистных сооружениях и в насосных системах, что позволяет контролировать расход в градирнях.
Примеры перепада давления
Вы также можете использовать уравнение Бернулли, основанное на принципе Бернулли, для описания потока в DP-передатчиках. Сам принцип представляет собой набор уравнений, которые описывают различные типы потока, но многие записывают уравнение Бернулли как P / ρ + V s 2/2 + gz = постоянная для скорости жидкости в непрерывном пути Vs и высоты выше определенного участок трубы з .
Кинетическая энергия, то, сколько энергии частицы жидкости имеют из-за их собственного движения, заставляет эти изменения в давлении и объеме происходить для текущей жидкости. По мере того как жидкость течет из состояний покоя в состояния движения, ее потенциальная энергия (сколько энергии она отдыхает) преобразуется в кинетическую. Это наблюдение также позволяет вам установить значения энергии, равные друг другу, как перепады давления, как:
для двух давлений P 1 и P 2 , двух скоростей V 1 и V 2 и двух высот z 1 _ и _z 2 . Используйте это уравнение в сочетании с разницей давления между трубами или местами внутри труб для определения перепада давления. Жидкость должна течь в «установившемся» токе, метод тока, который многие системы жидкостей предназначены для использования, что означает, что любое изменение скорости потока или другие факторы, которые могут повлиять на скорость потока, пренебрежимо малы.
Вы можете рассчитать гидростатическое давление для жидкости как P = ρ xgxh для плотности жидкости «rho» ρ (в кг / м 3, но вы также можете найти другие единицы массы / объема), константу гравитационного ускорения g (9, 8 м / s 2) и высота столба жидкости h (в м или соответствующих единицах длины). Примеры разности давлений могут показать, как датчики DP работают относительно потока жидкости.
Думаю, никто не станет возражать против заявления, что на высоте двух километров воздух более разрежен и атмосферное давление меньше, чем на высоте уровня моря.
Если же облечь эти слова в научную форму, то получится, что давление (плотность) газа зависит от его высоты в поле тяжести. На этом явлении построен метод барометрического нивелирования.
Барометрическое нивелирование — метод определения разности высот между двумя точками по измеряемому в этих точках атмосферному давлению. Так как атмосферное давление, помимо высоты над уровнем моря также зависит от погоды, например, от содержания в воздухе водяных паров, то метод применяется, если есть возможность провести измерения в точках с как можно более меньшим интервалом между измерениями, а сами точки расположены не слишком далеко друг от друга.
Разность высот рассчитывается по формулам.
Существует довольно сложная формула Лапласа:
Она, помимо температуры и давления, также учитывает абсолютную влажность воздуха и широту места измерения, то есть, ей на практике вроде бы и не пользуются.
А пользуются более простой формулой Бабинэ (Жак Бабинэ — французский физик, 1794-1872)
,
где — коэффициент расширения газов, равный
Собственно, в эпоху без компьютеров и калькуляторов даже эта формула была… ну, не сложной, но долгой в вычислениях, поэтому для определения разности высот пользовались вспомогательными таблицами барометрических ступеней.
Барометрическая ступень — высота, на которую надо подняться, чтобы давление понизилось на 1 мм.рт.ст.
То есть, взяли и упростили формулу Бабинэ до выражения
и рассчитали h для различных значений температуры и давления.
Получились таблицы, аналогичные Барометрическая ступень (м/мм.рт.ст)
Таким образом, измерив, например, разность давлений при средней температуре t и среднем давлении p, метеоролог мог найти значение барометрической ступени из таблицы, и умножить его на величину разности давлений.
Понятно, что формулы дают результат с погрешностью, но утверждается при этом, что погрешность не превышает 0,1 – 0,5 % от измеряемой высоты.
Метод барометрического нивелирования позволяет определить высоту точки над уровнем моря, не прибегая к геодезической нивелировке.
На практике, высоту точки над уровнем моря определяют используя ближайший репер, высота которого над уровнем моря известна.
Например, отметка репера 156 метров. Барометр у репера показывает 748 мм. рт. ст., будучи перенесен на определяемую точку, барометр показывает 751 мм. рт. ст. Средняя температура воздуха равна 15 градусов Цельсия. Используя формулу Бабинэ, получаем -33,78 м, то есть точка ниже репера на 33,78 метра, и имеет высоту примерно 122,22 м. Приняв за среднее давление 748 мм.рт.ст. и используя барометрические таблицы, получаем -33.85, то есть высоту примерно 122,15 м.
Калькулятор ниже иллюстрирует все вышесказанное.
Барометрическое нивелирование
Давление в первой точке (мм. ртутного столба)
Давление во второй точке (мм. ртутного столба)
Средняя температура воздуха (градусов Цельсия)
Точность вычисления
Знаков после запятой: 2
Разность высот (с использованием формулы барометрической ступени)