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Hydrostatischer Druck

Der hydrostatische Druck (altgriechisch ὕδωρ hýdor, deutsch ‚Wasser‘) ist der Druck innerhalb eines ruhenden Fluids, wobei es sich um eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Plasma handeln kann. Der hydrostatische Druck kann beispielsweise von den das Fluid umschließenden Wänden erzeugt werden (siehe Zylinder mit Kolben), oder Resultat der Schwerebeschleunigung (Gravitationsdruck oder Schweredruck) oder Trägheit sein (z B. in einer Zentrifuge). Der hydrostatische Druck kann auch von außen vom Außendruck oder Betriebsdruck aufgebracht werden, unter dem das Fluid ruht.

Nach dem Pascalschen Prinzip (von Blaise Pascal) breitet sich der hydrostatische Druck im Fluid allseitig aus und wirkt nach Euler im Volumen in alle Richtungen, aber immer senkrecht auf Wände. So ist der hydrostatische Druck in einem Fluid ohne äußeres Kraftfeld überall gleich und wirkt auf alle Flächen, die das Fluid begrenzen, mit einer senkrecht auf das jeweilige Flächenstück gerichteten flächenverteilten Kraft. Der hydrostatische Druck ist ein spezieller Spannungszustand, in welchem keine Schubspannungen vorkommen. Diese können in ruhenden Fluiden nicht auftreten^[4]. Im Kontext von Festkörpern werden derartige Spannungszustände daher ebenfalls als hydrostatisch bezeichnet.

In strömenden Fluiden hängt der Druck innerhalb des Strömungsfeldes oder auf dessen begrenzenden Wänden im Allgemeinen auch von der Strömungsgeschwindigkeit ab. Beispielsweise ist der Druck erhöht an einem Staupunkt oder erniedrigt in einer Venturi-Düse, siehe auch Bernoulli-Effekt.

Der Druck ist das Verhältnis der Kraft (F) zur Wirkungsfläche (A), auf die die Kraft senkrecht wirkt.

p = F/A

Der hydrostatische Druck ist der Druck, der sich innerhalb einer ruhenden Flüssigkeit (i. d. R. Wasser) unter dem Einfluss der Erdbeschleunigung g einstellt. Es ist eine statische Größe, die von der Höhe h des Flüssigkeitsspiegels und der Dichte ρ_F über dem Messpunkt abhängt.

p_g= h x ρ_F x g

Der absolute hydrostatische Druck (oder der „Druck“) an einem Punkt innerhalb eines Grundwasserkörpers ergibt sich als Summe aus atmosphärischem Druck (Luftsdruck) p_atm und dem jeweiligen hydrostatischen Druck p_g:

p = ρ_atm + p_g

Maßeinheit

Die SI-Einhait für jedweden Druck ist Pa (Pascal). In der Praxis wird häufig noch das bar verendet:

bar (1 bar = 10⁵ Pa = 0,1 MPa; 1 Pa = 1 N m^-2)

Bestimmung

Messung im Bohrloch mittels Drucksonde; 1 m Wassersäule (m WS) = 0,9807 kPa ≈ 0,1 bar

Bedeutung in der Geothermie

In einem geothermischen Reservoir ist der hydrostatische Druck neben der Temperatur der wesentliche prozessbestimmende Parameter. Druck und Temperatur bestimmen, in welcher Phase das Fluid in welchen Tiefen vorliegt (flüssig/ gasförmig, überkritisch). Der Druck ist auch bei Fragen der Löslichkeit von Feststoffen und Gasen ein wesentlicher Parameter.

Der hydrostatische Druck ist auch eine wesentliche Größe beim Engineering des Reservoirs unter anderem bei der Dimensionierung erforderlicher Pumpleistungen, insbesondere bei der Reinjektion.