Как рассчитать силу, которую жидкость создает на стенке подземного резервуара

Я хотел бы рассчитать силу, действующую на стену подземного резервуара. Объем горных пород, окружающих резервуар, создает силу, равную произведению плотности литосферы, ускорения силы тяжести и высоты над резервуаром.

Я пытаюсь понять, что это за силы, создаваемые жидкостью внутри резервуара. Как я могу рассчитать эти силы?

fluid-mechanics

— Boris
источник

Это зависит от типа резервуара и того, что там хранится. Это действительно большая «дыра» под землей, как заброшенная шахта, или это больше похоже на нефтяной резервуар, который на самом деле является пористой породой, которая просто пропитана нефтью? В первом случае жидкость находится под давлением или просто наливается до тех пор, пока она не станет "полной до краев"?

— Wasabi

Скажем для простоты, что оранжевый может быть жидкостью любого типа, а серый - чисто эластичным материалом. То, что я хотел бы измерить, - это нагрузка, которую жидкость создает на поверхности резервуара, и конкуренция, которую она имеет с окружающими породами, которые также создадут собственную нагрузку на резервуар.

— Boris

Сила из-за глубины жидкости плюс сила, созданная массой выше - если эта масса не поддерживается чем-то еще.

— Solar Mike

но нагрузка жидкости не только действует вертикально вертикально?

— Boris

Головка жидкости создает одинаковое давление во всех направлениях. Движущая сила скважины "фрекинг".

— blacksmith37

Ответы:

На самом деле есть подземные воды, а также все виды нефти и смеси других жидкостей, таких как бикарбонаты и другие минералы, растворенные в воде.

В зависимости от геологии почв и порового давления мы получаем широкий спектр ситуаций. иногда из-за потока подземной воды даже капиллярное и осмосное давление имеет даже гидравлическое напор или отрицательное давление

Мы рассматриваем идеально упрощенный случай, когда целое велико, а силы статичны и сбалансированы, и есть одна жидкость, а не захваченный воздух.

В таком случае, если бы мы могли пробурить длинную дыру с бесконечно малым радиусом, не нарушая слои породы и воды, давление на любой заданной глубине равно

$ P = \ sum \ rho.da.h $

Таким образом, общее давление представляет собой взвешенный вклад различных материалов, сложенных вместе от уровня уклона до рассматриваемой глубины.

Это давление в слое почвы передается в боковом направлении такими факторами, как пассивное боковое давление, угол залегания и структурные свойства почвы. Когда контрольное отверстие достигает уровня воды / жидкости, давление одинаково передается во всех направлениях.

Почва, окружающая этот резервуар, будет реагировать сложным образом, опять же, в зависимости от его структурных свойств и содержания агрегатов. Эти свойства могут быть определены инженером по почве, используя широкий выбор инструментов. Такие, как отбор проб почвы, делать ультразвуковые и спутниковые снимки. и т.п.

Более мелкие агрегаты и глинистые пласты будут действовать как резервуар с водой, а давление воды будет равно давлению окружающей почвы. Большой агрегат будет рассеивать давление и потенциально может привести к обвалу пласта.

— kamran
источник

Здравствуйте, спасибо за ваш ответ. Я действительно согласен с вашим ответом. Идея здесь состоит в том, чтобы найти начальные условия на поверхности «резервуара», на которые также будут влиять внешние силы литостастического напряжения, линейно растущего с глубиной (sigma_x = sigma_y = sigma_z = -rho_lith * g * Z (где rho_lith = 2500 кг / м ^ 3, g = -9,81 м / с ^ 2 и Z глубина считается отрицательной.) Мы считаем, что сжатие является отрицательным. Мы не рассматриваем пористость или поровое давление для упрощения.

— Boris

Предполагая, что жидкость статична, или в основном статический - самый простой ответ: давление. Сила, действующая на единицу поверхности стенки в направлении, перпендикулярном поверхности, равна давлению жидкости, контактирующей с этой стенкой, и ничему другому. Ваша жидкость в нижней части находится на уровне 120 кПа, она оказывает 120 кН на квадратный метр нижней поверхности в направлении, перпендикулярном поверхности. Это верно для любого бесконечно малого фрагмента стены.

В полностью статической жидкости это будет только плотность, умноженная на глубину, умноженную на гравитационное ускорение. Вода, при 1000 кг / м ^ 3 раза 9,8 м / с ^ 2 становится 98 кПа на глубине 10 м. При необходимости добавьте атмосферное давление (~ 1 бар) (считаете ли вы пустой резервуар для получения давления в 1 бар на стене или 0?)

Это становится сложнее, если жидкость течет со значительной скоростью, оказывает динамическое давление, сопротивление из-за ламинарного потока и т. Д. Но для в основном статический танк, сила - это просто давление, умноженное на единицу поверхности, и всегда в нормальном направлении к этой поверхности

— SF.
источник