釋義
流體垂直作用於單位面積上的力,稱為流體的靜壓強,簡稱壓強,習慣上稱為壓力,常用p表示,即
式中,F——作用力(N),A——受力面積(m )
在SI制中,壓力的單位是N/m ,稱為帕斯卡,以Pa表示。但在石油加工和石油化工生產中所用的壓力單位是多種多樣的,除了用N/m 計量外,還常用標準大氣壓(atm)、,工程大氣壓(at)、某流體柱高度如米水柱(mH0)和毫米汞柱(mmHg)等來計量。
表示方法
壓力可以用不同的基準來表示和計量,如以絕對真空(即零大氣壓)為基準計量的壓力稱為絕對壓力,是流體的真實壓力;以當地大氣壓為基準計量的壓力稱為表壓力或真空度。當被測流體的絕對壓力大於外界大氣壓力時,所用的測壓儀表叫做壓力表。壓力表上的讀數表示被測流體的絕對壓力高m當地大氣壓力的數值,稱為表壓力。表壓力與絕對壓力的關係為:
表壓力=絕對壓力一大氣壓力 或 絕對壓力=大氣壓力+表壓力
當被測流體的絕對壓力小於外界大氣壓力時,所用的測壓儀表叫做真空表。真空表上的讀數表示被測流體的絕對壓力低於當地大氣壓力的數值,稱為真空度,它與絕對壓力的關係為:
真空度=大氣壓力一絕對壓力 或 絕對壓力=大氣壓力一真空度
顯然,設備內流體的絕對壓力愈低,則其真空度就愈高。注意,大氣壓力的數值不是固定的,它是隨大氣溫度、濕度和所在地區的海拔高度而變化,其數值應從當時當地氣壓計上讀得。另外,為了區分絕對壓力、表壓力和真空度,應對表壓力和真空度加以註明。
流體靜力學
流體靜力學實際上是研究靜止狀態下流體內部壓力的變化規律。那么描述這一規律的數學表達式,稱為流體靜力學基本方程式。在靜止流體中取一個邊長各為dx、dy、dz的微元平行六面體,其體積為dV=dxdydz,如圖所示。設微元平行六面體中心點為O,該點的流體壓力為於靜止流體內的壓力是空間坐標的連續函式,作用在微元平行六面體各個面上的壓力如圖所示。設流體的密度為 ρ,則微元平行六面體的重量d G=ρgdxdydz。由於微元平行六面體的流體處於靜止狀態,則根據平衡條件,作用在x、y、z各個方向上的力的總和等於零。若流體是不可壓縮流體,即其密度ρ為常數,對靜止流體中的任意一點,流體靜力學基本方程式如下,表明了在重力的作用下,靜止液體內部壓力變化規律。
流體靜力學基本方程式形式雖然簡單,但它包含了許多基本概念,如:
(1)當容器液面上方的壓力 P一定時,靜止液體內部任一點壓力的大小,與液體本身密度和該點距離液面的深度有關。越深則其壓力越大。
(2)當液面上方壓力 P變化時,必以同樣的大小傳遞到液體各點。這就是著名的巴斯卡原理。工程上的水壓機、液壓傳動裝置等都以此原理為依據。
(3)在靜止、連續的同一液體的同一水平面上,各點壓力相等,即等壓面為一水平面。在不同形狀的連通器中也是這樣,即當液面上的壓力相等時,各容器中的液面高度必相等,與容器形狀無關,這就是液面計的依據。
(4)流體靜力學基本方程式是用液體推導出來的,嚴格地講只適用於液體,而不適用於氣體。但在容器中,氣體的密度隨高度變化很小,可視為常數;同時由於氣體的密度比液體的小得多,一般容器空間也有限,因此對於容器的整個空間內,可近似認為壓力是相等的。
測定
壓力是工業生產和科研工作中經常需要檢測的重要參數之一。實際套用較多的壓力計從檢測方法原理上可以分為幾類:以流體靜力原理為基礎的 液柱式壓力計;根據彈性元件受力變形原理,利用機械結構將變形量放大的 彈性式壓力計;基於流體靜力平衡原理,與作用於已知面積上重力相比較的 負荷式活塞壓力計;利用彈性元件將被測壓力轉換成電阻量、電感量、電容量、頻率量等各種電量的 電測式壓力計。