Влажный воздух. Состав и свойства - Бурцев С.И.
ISBN 5-89565-005-8
Скачать (прямая ссылка):
В тройной точке (точка А) вода может одновременно находиться в трёх фазах - твёрдой, жидкой и газообразной. Этой точке соответствуют давление р = 0,61 кПа и температура 1 = 0,01°С.
Если давление р < 0,61 кПа, то твёрдое тело (лёд) будет при нагревании непосредственно переходить в газообразное состояние, т. е. сублимировать. При р > 0,61 кПа лёд будет переходить в жидкое состояние, а при дальнейшем нагревании - в газообразное. Такой переход имеет место до критического давления р = 22,14 МПа и при температуре t = 374,15°С. В критической точке исчезает различие между жидкостью и паром. Выше критической точки существование воды в двухфазном состоянии невозможно.
Важно отметить, что при изменении давления температура кипения воды (кривая АД) и сублимации льда (кривая АС) также изменяется.
Каждому давлению соответствует определённая температура кипения воды и сублимации льда, называемая температурой насыщения.
Каждой температуре соответствует определённое давление парообразования и сублимации, называемое давлением насыщения.
Для воды при обычных давлениях температура плавлений льда практически остаётся постоянной и равной Jnjl = O0 С.
Для этих условий связь между давлением насыщенного водяного пара рн, кПа, над плоской поверхностью воды или льда и температурой определяется формулой [12]
50ні***ні****ж******** 3.2. Фазовые диаграммы для воды ******************
51+***********************************************************************
рн = 0,6112ехр
at
(3+7
(3.12)
где ав, |Зв - постоянные для воды, ав = 17,504, |3В = 241,2°С;
ал, рл- постоянные для льда, ал = 22,489, рл = 272,88° С;
t - температура плоской поверхности воды (льда), °С.
Погрешность этой зависимости относительно табличных данных [1] приведена в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Относительная погрешность
Температура, ° С Относительная погрешность, %
Для льда
-50 0,071
-40 0,086
-30 0,071
-20 0,029
-10 -0,019
0 0,084
Для воды
10 -0,013
20 - 0,092
30 -0,121
40 - 0,078
50 0,047
На рис. 3.1 изображены также изобарные процессы нагревания (или охлаждения) при атмосферном давлении р = 101,3 кПа (процесс 1-2-3-4-5-6), при давлении р = 8 кПа (процесс 1-2-3-4 -5 '-6'), при давлении р = 0,61 кПа (процесс 1-2-3 -4 ") и при давлении р -= 0,26 кПа (процесс 1-2 -3 "-4 "'), которые показывают, как происходит процесс перехода воды из одной фазы в другую.
Для наглядности на рис. 3.2 в v-t-диаграмме (без соблюдения масштаба) приведено графическое изменение состояния воды при изменении температуры для тех же процессов, а на рис. 3.3 - их схематическое изображение.
52ні***ні****ж******** 3.2. Фазовые диаграммы для воды ******************
t, 0C 100
р = IOlrJ кПа 6
5/^Перегретый пар
50 42
0 -10 -20
/Вода + пар (влажный пар)
G
р = 8 кПа
р = 0,61 кПа р = 0,26 кПа
2'
і і
'Л Лёд + вода + пар / (влажный парУ
4-
+
H Лёд + пар ,(влажный пар)
Перегретый пар
Насыщенный пар
0,001 0,0011
1,7
19,58
206
468
Им.3
f кг
Рис. 3.2. Изменение состояния воды при различных давлениях
При атмосферном давлении р = 101,3 кПа и давлении р = = 8 кПа процессы имеют один и тот же характер: процесс 1-2 - нагревание льда; точка 2 - начало плавления льда; процесс 2-3 -плавление льда; точка 3 - конец плавления. Процессы 3-4 и 3-4' -нагревание воды; точки 4 и 4' - начало кипения; процессы 4-5 и 4'-5' - парообразование; точки 5 и 5' - состояние сухого насыщенного пара (конец кипения). Процессы 5-6 и 5'-6' - нагревание пара и переход его в перегретое состояние.
При давлении р = 0,61 кПа, что соответствует тройной точке (точка А), процесс 1-2 является процессом нагревания льда. В точке 2 одновременно начинается процесс таяния льда, парообразования и сублимации, который заканчивается в точке 3'. Точка 3' характеризует состояние сухого насыщенного пара, процесс 3'-4" -нагревание пара и переход его в перегретое состояние.
При давлении р = 0,26 кПа процесс 1-2' соответствует нагреванию льда. В точке 2' начинается сублимация, которая заканчивается в точке 3", характеризующей состояние сухого насыщенного пара. Процесс 3"-4"'- перегрев сухого насыщенного пара. В рассматриваемом процессе жидкая фаза отсутствует.
53+***********************************************************************
Процесс 1-2
Лёд
P = 1013 кПа, р = 8 кПа
Процесс 2-3
Точка 2
Точка 3
JL
IlNiniIlll
Лёд, начало
Вода, конец
Процесс 3-4, 3-4'
IlllinillN
Вода
плавления плавления
Процесс 4-5,
Точка 4, 4'
Р*.....
Iiiiiiniiii
JL
111111111111
Вода, Влажный Сухой Переначало пар и насыщенный гретый кипения кипящая пар, конец пар вода кипения
Процесс 1-2
Лёд
р = 0,61 кПа
Процесс 2-3'
Точка 2
1
ЦІІІІМІІІІ
IiS-I
Illllrllllll
Точка р. 3'
Ilinillllll
Лёд, начало плавления, сублимация
и парообразование
Лёд,
Процесс 3'-4'
Pj
.....пит
O0O 0O0
Пере-
Сухой
вода, насыщенный пар, гретый пар конец плавления, пар сублимации и парообразования