Градиент давления

В гидродинамике и гидростатике градиент давления (обычно воздуха , но в более общем случае любой жидкости ) — это физическая величина , которая описывает, в каком направлении и с какой скоростью давление увеличивается наиболее быстро в определенном месте. Градиент давления — это размерная величина, выраженная в единицах паскалей на метр (Па/м). Математически это градиент давления в зависимости от положения. Градиент давления в гидростатике равен плотности силы массовой (обобщенный закон Стевина ).

В нефтяной геологии и нефтехимических науках, касающихся нефтяных скважин , и, более конкретно, в гидростатике , градиенты давления относятся к градиенту вертикального давления в столбе жидкости внутри ствола скважины и обычно выражаются в фунтах на квадратный дюйм на фут (фунты на квадратный дюйм/фут). ). Этот столб жидкости подвергается составному градиенту давления вышележащих жидкостей. Путь и геометрия колонны совершенно не имеют значения; только вертикальная глубина колонны имеет какое-либо отношение к вертикальному давлению в любой точке внутри колонны и градиенту давления для любой заданной истинной вертикальной глубины .

Физическая интерпретация

Понятие градиента давления представляет собой локальную характеристику воздуха (в более общем смысле — исследуемой жидкости). Градиент давления определяется только в тех пространственных масштабах, в которых давление (в более общем смысле гидродинамика определяется само ).

В планет атмосфере (включая атмосферу Земли ) градиент давления представляет собой вектор, направленный примерно вниз, поскольку давление быстрее всего меняется по вертикали, увеличиваясь вниз (см. вертикальное изменение давления ). Величина силы (или нормы ) градиента давления в тропосфере обычно составляет порядка 9 Па/м (или 90 гПа/км).

Градиент давления часто имеет небольшую, но важную горизонтальную составляющую, которая в значительной степени отвечает за циркуляцию ветра в атмосфере. Горизонтальный градиент давления представляет собой двумерный вектор, возникающий в результате проекции градиента давления на локальную горизонтальную плоскость. У поверхности Земли эта сила горизонтального градиента давления направлена ​​от более высокого давления к более низкому. Его конкретная ориентация в любое время и в любом месте сильно зависит от погодных условий. В средних широтах типичный горизонтальный градиент давления может принимать значения порядка 10 ⁻² Па/м (или 10 Па/км), хотя внутри метеорологических фронтов наблюдаются гораздо более высокие значения .

Актуальность погоды и климата

Интерпретация различий в давлении воздуха в разных местах является фундаментальным компонентом многих метеорологических и климатологических дисциплин, включая прогнозирование погоды . Как указано выше, градиент давления представляет собой одну из основных сил, действующих на воздух и заставляющих его двигаться как ветер. Обратите внимание, что сила градиента давления направлена ​​от зон высокого давления к зонам низкого давления. Таким образом, он ориентирован в направлении, противоположном самому градиенту давления.

В акустике

В акустике градиент давления пропорционален ускорению звуковых частиц согласно уравнению Эйлера . Звуковые волны и ударные волны могут вызывать очень большие градиенты давления, но это колебательные и часто временные возмущения.

См. также

• Неблагоприятный градиент давления
• Плотность силы
• изобара
• Геопотенциальная высота
• Геострофический ветер
• Примитивные уравнения
• Градиент температуры

Ссылки

• Коннер А. Перрин (1967) Природа и теория общей циркуляции атмосферы , Всемирная метеорологическая организация, Публикация № 218, Женева, Швейцария.
• Роберт Г. Флигл и Джуст А. Бусингер (1980) Введение в физику атмосферы , второе издание, Academic Press, Международная серия по геофизике, том 25 , ISBN   0-12-260355-9 .
• Джон С. Уоллес и Питер В. Хоббс (2006) Наука об атмосфере: вводный обзор , второе издание, Academic Press, Международная серия по геофизике, ISBN   0-12-732951-X .

Внешние ссылки

• Третий оценочный доклад МГЭИК