Давление - одна из фундаментальных физических величин. Понимание единиц его измерения критически важно во многих областях науки и техники. В этой статье мы разберем, что представляет собой паскаль и его производные единицы, их соотношение с другими мерами давления.
Определение паскаля как единицы давления
Паскаль был введен в 1961 году в честь выдающегося французского математика и физика Блеза Паскаля. Официальное определение гласит:
Паскаль равен давлению, вызываемому силой в один ньютон, равномерно распределенной по поверхности площадью один квадратный метр.
Иными словами:
- 1 Па = 1 Н / м2
Через основные единицы СИ паскаль связан соотношением:
1 Па = 1 кг · м−1 · с−2
Помимо давления, паскаль также является единицей измерения в СИ для таких величин, как:
- Механическое напряжение
- Модули упругости
- Модуль Юнга
- Предел текучести
- Сопротивление разрыву
МПа - это единица давления, широко используемая в различных областях науки и техники"
Кратные и дольные единицы паскаля
Согласно правилам СИ, с помощью стандартных приставок образуются десятичные кратные и дольные единицы паскаля.
| килопаскаль (кПа) | 103 Па |
| мегапаскаль (МПа) | 106 Па |
| миллипаскаль (мПа) | 10-3 Па |
Давление 1 МПа соответствует силе в 1 ньютон, равномерно распределенной по площади 1 кв. метра"
На практике чаще всего используются единицы кПа и МПа для измерения давлений в технических устройствах и при оценке прочности материалов.
Соотношение паскаля с другими единицами давления
Для измерения давления в технике широко использовалась внесистемная единица - атмосфера. Соотношение с паскалем составляет:
- 1 атм = 0,1 МПа
- 1 МПа = 10 атм
Но именно МПа - это наиболее удобная единица для измерения давления в СИ.
Другой распространенной мерой давления является высота столба жидкости при определенной температуре. Например:
- 1 мм рт.ст. ≈ 133 Па
- 1 мм вод.ст. ≈ 10 Па
Это позволяет легко оценивать давление в паскалях исходя из простых измерений.
Нормальное атмосферное давление
В качестве опорного значения принимают нормальное атмосферное давление на уровне Мирового океана:
- 760 мм рт.ст.
- 101 325 Па
Эта величина используется для калибровки измерительных приборов и расчетов.
Единица бар для измерения давления
Бар - еще одна распространенная внесистемная единица давления:
- 1 бар ≈ 100 000 Па
- 1 бар ≈ 0,1 МПа
Как видно, бар в 10 раз меньше атмосферы. Удобен для измерения повышенных и пониженных давлений.
Коэффициент расхода через затвор
Для оценки пропускной способности трубопроводной арматуры используют коэффициент расхода Kv, который показывает, какой объем жидкости может протекать через затвор при перепаде давления в 1 бар.
Это важный параметр при подборе трубопроводной арматуры для конкретных условий эксплуатации.
Практическое применение единиц давления
Рассмотрим несколько примеров использования единиц давления в инженерных расчетах и на производстве.
Расчет давления жидкости в трубопроводе
Необходимо определить давление воды в трубе диаметром 50 мм на глубине 10 м. Плотность воды ρ = 1000 кг/м3, ускорение свободного падения g = 10 м/с2.
Давление жидкости вычисляется по формуле:
p = ρ • g • h
Подставляя значения, получаем:
p = 1000 кг/м3 • 10 м/с2 • 10 м = 100 000 Па = 0,1 МПа
Проверка прочности трубы на сжатие
"прочность мпа материала трубы должна быть больше расчетного давления в трубопроводе с запасом"
Допустим, материал трубы - сталь 09Г2С. Предел прочности стали составляет 380 МПа. Рабочее давление в трубе - до 2,5 МПа.
Следовательно, выбранный материал удовлетворяет условию прочности с большим запасом.
Проверка герметичности емкости
Герметичность резервуара или трубопровода оценивают, создавая в нем повышенное или пониженное давление. Например, для пневмоиспытаний gas use 0.2-0.3 МПа.
Рекомендации по работе с единицами давления
- Запомнить определение 1 Па через ньютон и квадратный метр
- Знать соотношение паскаля с атм, мм рт.ст и другими единицами
- Уметь быстро переводить кПа в МПа и бары
Эти навыки помогут разобраться в любых инженерных задачах, связанных с давлением: расчетах трубопроводов, подборе насосов, оценке прочности сосудов и многом другом.
Примеры расчетов с использованием единиц давления
Рассмотрим несколько практических задач, где пригодятся навыки работы с единицами давления.
Определение расхода газа через трубопровод
Требуется подобрать компрессор для подачи природного газа производительностью 1000 м3/час по трубопроводу диаметром 100 мм и длиной 10 км. Плотность газа 0,72 кг/м3. Потери давления в трубопроводе не должны превышать 0,3 МПа.
По формуле расхода газа можно рассчитать необходимый напор (перепад давлений на входе и выходе), создаваемый компрессором.
Выбор манометра для измерения давления
На входе в цех необходимо измерять давление воздуха, подаваемого компрессором. Рабочее давление воздуха 1,2-1,6 МПа.
Следовательно, манометр должен иметь верхний предел измерения ~1,6 МПа (или 16 кгс/см2) и цену деления шкалы около 0,05 МПа.
Проверка материала трубы на прочность
Трубопровод для химически агрессивной жидкости изготовлен из стали марки 20Х13. Предел прочности этой стали 550 МПа. Рабочее давление в трубопроводе 1,6 МПа.
Поскольку рабочее давление значительно меньше предела прочности материала трубы, ее применение является обоснованным.
Расчет толщины стенки сосуда высокого давления
Сосуд разделения газа работает под давлением 42 МПа. Толщину стенки сосуда рассчитывают исходя из допускаемых напряжений в материале корпуса с учетом коэффициентов.
