1305

Основные единицы системы СИ имеют удобные для практики размеры, однако более крупные (кратные) и более мелкие (дольные) единицы измерения образуются путем умножения или деления единиц СИ на степень числа 10. В табл. 10 приведены приставки для образования кратных и дольных единиц.

При решении практических задач необходимо помнить, что физические величины, входящие в формулы, должны быть выражены в единицах одной

301

какой-либо системы (МГКСС, СИ и СГС) без применения внесистемных единиц (л. с., кг/см2, ккал/(м2• ч• °С) и т. д.). Такие формулы при переходе на систему СИ не изменяются.

В качестве примера рассмотрим формулу для определения коэффициента теплоотдачи а (см. табл. 8), имеющую вид:

« = 24,7 (-^ L) ° ’2“0,8C,p.

где а — коэффициент теплоотдачи во внесистемных единицах в ккал/(м2 ■ч° • С);

в ккал/(кг-°С).

Преобразуем эту формулу в такой вид, чтобы все величины, входящие в нее, можно было подставить в единицах СИ. Для преобразования данной формулы необходимо каждую величину, обозначенную буквой, умножить на коэффициент пересчета новых единиц в единицы, использованные в первоначальной формуле. Единицы измерения для и и d, принятые в формуле, совпадают с единицами СИ. Единицы измерения для р, а и Ср отличаются от единиц СИ (см. табл. 4, 6 и 8). Переводными коэффициентами для данных физических величин являются:

1 Н • сек/м2 =1000 спз;

1 Вт/(м2*°С)=0,86 ккал/(м2*ч* °С);

1 Дж/(кг • °С) = 0,000239 ккал/(кг • °С).

Таким образом, вышеприведенная формула будет иметь следующий вид:

пли окончательно

а =0.273 (-£-)"'* м0 ,8С р.

302

$ 2. ВЕС, МАССА, ПЛОТНОСТЬ, УДЕЛЬНЫЙ ВЕС, ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ И ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ УДЕЛЬНЫЙ ВЕС

В е с о м тела называется сила G притяжения тела к земле (сила тяжести), которая может определяться специальным прибором — гравиметром. При помощи весов определяют не вес тела, а его массу М — количество вещества.

М а с с а тела — величина постоянная и измеряется в г или кг, а вес тела зависит от массы и величины ускорения земного тяготения g в пункте взвеши­ вания:

где у — удельный вес в Н/м3 (кГ/м3, дин/см3); р — плотность в кг/м3 (кГ-сек2/м*),

у д е л ь н ы й вес . Относительной плотностью d называется отношение плот­ ности р рассматриваемой жидкости к плотностп р' эталонной (стандартной) жидкости. Относительным удельным весом (тоже d) пазывается отношение удельного веса у данной жидкости к удельному весу у' эталонной (стандартной)

т. е. относительная плотность и относительный удельный вес являются безраз мерными величинами и численно равны друг другу, поэтому они имеют одина­ ковое обозначение d.

При определении относительной плотности температура испытуемой жид­ кости t и температура эталонной жидкости т могут быть разными или одинако­

при 4° С. В качестве стандарта для жидких п твердых веществ в Советском Союзе принята относительная плотность d|°.

§ 3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА НЕФТИ И ГАЗА

Главными элементами, из которых состоит нефть, являются углерод и водо­ род, содержание которых колеблется соответственно в пределах 83—87% и 11—14%.

303

Выразить указанные углеводороды в массовых, мольных и объемных еди­ ницах измерения.

Плотность нефтей колеблется от 0,7 до 1,0 г/см3. При смешении нескольких сортов нефтей плотность смеси, если известна плотность составных частей,

Расчет массового, мольного и объемного состава смеси углеводородов

подсчитывается по пх химической формуле и атомным весам элементов, входя­ щих в эту формулу (например, для С5Н12 М = 72).

Так как нефть состоит из смеси множества углеводородов, приходится определять средний молекулярный вес ее, или, что одно и то же, среднюю моле­ кулярную массу.

Средний молекулярный вес смеси жидкостей, определяют по формуле

Зависимость между средним молекулярным весом и нормальной темпера­ турой кипения нефтяных фракций дается формулой Б. П. Войнова [8]:

Мср= (7К — 21,5) + (0.76—0,04Я) * + (0.0003#—OJ0O245) *2,

где t — средняя температура кипения продукта в °С; К — характеризующий фактор, показывающий степень «парафинистости» продукта; характеризующий фактор определяется по формуле

1,216 Y T

где Т — средпяя температура кипения продукта в °К; d}fc — относительная плотность.

В я з к о с т ь н е ф т е й зависит от целого ряда параметров, главными из которых являются температура нефти, количество растворенного в ней газа, молекулярная масса, наличие в нефти смол, асфальтенов и парафина.

306

При повышении температуры, а также увеличении количества растворенного в нефти газа существенно понижается вязкость нефти. Зависимость вязкости нефти от количества растворенного в ней газа и температуры приведена на рис. 2.

Вязкость нефтей в значительной мере оказывает влияние на расход энергии при транспорте, перемешивании и фильтрации их. Поэтому часто приходится подогревать нефть с целью уменьшения ее'вязкости.

Вязкость характеризуется величиной ц — коэффициентом внутреннего трения, или коэффициентом динамической вязкости, называемым также динами­ ческой вязкостью (абсолютной).

Если внутри нефти мысленно выделить две параллельные пло­ скости, имеющие одинаковые пло­ щади S и отстоящие одна от другой на расстояние h, то при взаимном их перемещении с относительной скоростью w потребуется преодолеть силу внутреннего трения F, которая прямо пропорциональна площади,

Н-сек/м2спз

Эта единица (1 Н-сек/м2 = 1 кг/м-сек) не имеет специального названия. В системе СГС единицей динамической вязкости служит 1 днн • сек/см2 = 1 г/см • сек, которая называется пуазом (пз), а сотая часть ее — сантпнуазом (спз). Примерно одному саптппуазу равна вязкость дистиллированной воды при 20° G. Величина,

обратная динамической вязкости, называется текучестью и обозначается через Ф* Таким образом:

Для характерйстики вязкостных свойств нефти широко пользуются такжепонятием кинематической вязкости. Кинематическая вязкость v представляет собой частное от деленйя динамической вязкости на плотность:

Следовательно, в системе СИ (и МКС) единицей кинематической вязкости будет

1 кг/м • сек

1 м2/сек.

1 кг/м3

Эта единица измерения также не имеет названия. В системе СГС единицей кинематической вязкости служит 1 см2/сек, называемая стоксом (ст), а сотая часть ее — сантистоксом (сст). Одному сантистоксу равняется кинематическая

где t — температура нефти в °С; tx — температура, выбираемая в рабочем интервале температур; \ х — кинематическая вязкость нефти при произвольной известной температуре tx\ и — показатель крутизны кривой вязкости, имеющий размерность, обратную температуре, т. е. 1/°С.

Для аналитического определения показателя крутизны необходимо знать вязкость нефти Vj и v2 при двух различных температурах tx и t2. Подставляя эти данные в уравнение (12) и логарифмируя его, получим

In vi = In v/ — uti;

In V2 = ln V f t — u t 2 ‘

Вычитая из первого равенства второе, найдем

1п-^

и количества растворенного газа по каждому конкретному месторождению строятся свои кривые, подобные кривым, приведенным на рис. 2.

Для того чтобы усвоить систему единиц измерения СИ и свободно ею поль­ зоваться, необходимо научиться устанавливать соотношения между этой систе­ мой и внесистемными единицами.

Приведем некоторые примеры.1

1. Установить соотношения между следующими внесистемными единицами измерения коэффициента теплопроводпости Я:

1 ккал • м/м2 • ч ■°С, 1 ккал • м/м2 • сек • °С, 1 кал • см/см2 • сек • °С и единицей СИ 1Вт-м/м2*°С.

308

Очевидно, соотношения между этими единицами будут следующими:

1 ккал • м/м2 • ч • °С = 1000 кал • 100 см/(100 см)2 • 3600 сек • °С =

1

=ODU кал • см/см2 • сек • °С;

1ккал-м/м2*ч* °С = 1 4190 Дж -м/м2-3600 сек - °С =

=1,163 Дж -м/м2-сек - °С = 1,163 Вт-м/м2-°С.

2.Установить соотношения между единицами измерения динамической вязкости для систем СИ, СГС, МКГСС:

т. е. единица динамической вязкости в системе СИ в 10 раз больше единицы

т. е. единица вязкости в системе МКГСС в 98,1 раза больше, чем в системе СГС, и в 9,81 раза больше, чем в системе СИ.

Например, вязкость жидкости 5 спз. Определить вязкость в единицах СИ

иМКГСС.

Всистеме СИ

5 ц = (5 спз)сгс_ 100-10 Н • сек/м2 = 5 • 10 3Н • сек/м2.

В системе МКГСС

в системе МКГСС

кГ

кГ - ! ^ ] =м2/сеК'

т.е. размерность кинематической вязкости в системе СИ и МКГСС одинакова.

4.Плотность нефти р = 0,82 г/см3. Определить плотность и удельный вес нефти в единицах СИ и в единицах МКГСС.

Всистеме СИ плотность

р= 0,82 10'3 = 820 кг/м3;

удельный вес

У = Р£ = 820 -9,81 =8050 Н/м3.

309

I

В системе МКГСС плотность (с учетом соотношения 1Н = — кГ)

ViOl

Таким образом, плотность в системе СИ численно равна удельному весу в системе МКГСС.

Газовые смеси идеальных газов. Газовой смесью называется механическая смесь нескольких газов, химически не взаимодействующих между собой. Каждый из газов, входящих в состав смеси, называется газовым компонентом и ведет себя так, как если бы других газов в смеси не было.

Давление, которое оказывает каждый газ смеси на стенки сосуда, называется парциальным.

Согласно закону Дальтона (давление смеси равно сумме парциальных давле­

В расчетах газовых смесей используется понятие приведенного и удельного объемов газа. Приведенным объемом газа, входящего в газовую смесь, назы­ вается такой объем, который газ занимает при давлении и температуре смеси.

Удельным объемом называется объем, который занимает 1 кг массы газа:

с учетом формулы (2) последнее выражение можно представить так:

Р

За единицу массы М газа принимается киломоль (кмоль). Киломолем называется масса М газа в килограммах, численно равная его относительной молекулярной массе т или молекулярному весу.

Исходя из закона Авогадро, согласно которому различные газы, взятые при одинаковых давлении р и температуре f, имеют одинаковое число молекул N и занимают одинаковые объемы V, п принимая М г = тг и M 2 = m2, можно записать

Произведение mv представляет собой объем 1 кмоля газа VK. При нормаль­ ных физических условиях (р = 760 мм рт. ст.) или р = 101 325 Н/м2 п t = 0° С или Т = 273° К) объем 1 кмоля газа равен

Идеальные газы подчиняются, как известно, закону Клапейрона, имеющего следующую форму записи:

310