Кипение воды при повышенном давлении

Зависимость температуры кипения от давления

Температура кипения воды равна 100 °C; можно подумать, что это неотъемлемое свойство воды, что вода, где бы и в каких условиях она ни находилась, всегда будет кипеть при 100 °C.

Но это не так, и об этом прекрасно осведомлены жители высокогорных селений.

Вблизи вершины Эльбруса имеется домик для туристов и научная станция. Новички иногда удивляются, «как трудно сварить яйцо в кипятке» или «почему кипяток не обжигает». В этих случаях им указывают, что вода кипит на вершине Эльбруса уже при 82 °C.

В чем же тут дело? Какой физический фактор вмешивается в явление кипения? Какое значение имеет высота над уровнем моря?

Этим физическим фактором является давление, действующее на поверхность жидкости. Не нужно забираться на вершину горы, чтобы проверить справедливость сказанного.

Помещая подогреваемую воду под колокол и накачивая или выкачивая оттуда воздух, можно убедиться, что температура кипения растет при возрастании давления и падает при его уменьшении.

Вода кипит при 100 °C только при определенном давлении – 760 мм Hg.

Кривая температуры кипения в зависимости от давления показана на рис. 98. На вершине Эльбруса давление равно 0,5 атм, этому давлению и соответствует температура кипения 82 °C.

А вот водой, кипящей при 10–15 мм Нg, можно освежиться в жаркую погоду. При этом давлении температура кипения упадет до 10–15 °C.

Можно получить даже «кипяток», имеющий температуру замерзающей воды. Для этого придется снизить давление до 4,6 мм Hg.

Интересную картину можно наблюдать, если поместить открытый сосуд с водой под колокол и откачивать воздух. Откачка заставит воду закипеть, но кипение требует тепла. Взять его неоткуда, и воде придется отдать свою энергию. Температура кипящей воды начнет падать, но так как откачка продолжается, то падает и давление. Поэтому кипение не прекратится, вода будет продолжать охлаждаться и в конце концов замерзнет.

Такое кипение холодной воды происходит не только при откачке воздуха. Например, при вращении гребного корабельного винта давление в быстро движущемся около металлической поверхности слое воды сильно падает и вода в этом слое закипает, т.е. в ней появляются многочисленные наполненные паром пузырьки. Это явление называется кавитацией (от латинского слова cavitas – полость).

Снижая давление, мы понижаем температуру кипения. А увеличивая его? График, подобный нашему, отвечает на этот вопрос. Давление в 15 атм может задержать кипение воды, оно начнется только при 200 °C, а давление в 80 атм заставит воду закипеть лишь при 300 °C.

Итак, определенному внешнему давлению соответствует определенная температура кипения. Но это утверждение можно и «перевернуть», сказав так: каждой температуре кипения воды соответствует свое определенное давление. Это давление называется упругостью пара.

Кривая, изображающая температуру кипения в зависимости от давления, является одновременно и кривой упругости пара в зависимости от температуры.

Цифры, нанесенные на график температуры кипения (или на график упругости пара), показывают, что упругость пара меняется очень резко с изменением температуры. При 0 °C (т.е. 273 K) упругость пара равна 4,6 мм Hg, при 100 °C (373 K) она равна 760 мм, т. е, возрастает в 165 раз. При повышении температуры вдвое (от 0 °C, т.е. 273 K, до 273 °C, т.е. 546 K) упругость пара возрастает с 4,6 мм Hg почти до 60 атм, т.е. примерно в 10000 раз.

Поэтому, напротив, температура кипения меняется с давлением довольно медленно. При изменении давления вдвое – от 0,5 атм до 1 атм, температура кипения возрастает от 82 °C (т.е. 355 K) до 100 °C (т.е. 373 K) и при изменении вдвое от 1 атм до 2 атм – от 100 °C (т.е. 373 K) до 120 °C (т.е. 393 K).

Та же кривая, которую мы сейчас рассматриваем, управляет и конденсацией (сгущением) пара в воду.

Превратить пар в воду можно либо сжатием, либо охлаждением.

Как во время кипения, так и в процессе конденсации точка не сдвинется с кривой, пока превращение пара в воду или воды в пар не закончится полностью. Это можно сформулировать еще и так: в условиях нашей кривой и только при этих условиях возможно сосуществование жидкости и пара. Если при этом не подводить и не отнимать тепла, то количества пара и жидкости в закрытом сосуде будут оставаться неизменными. Про такие пар и жидкость говорят, что они находятся в равновесии, и пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

Кривая кипения и конденсации имеет, как мы видим, еще один смысл – это кривая равновесия жидкости и пара. Кривая равновесия делит поле диаграммы на две части. Влево и вверх (к большим температурам и меньшим давлениям) расположена область устойчивого состояния пара. Вправо и вниз – область устойчивого состояния жидкости.

Кривая равновесия пар – жидкость, т.е. кривая зависимости температуры кипения от давления или, что то же самое, упругости пара от температуры, примерно одинакова для всех жидкостей. В одних случаях изменение может быть несколько более резким, в других – несколько более медленным, но всегда упругость пара быстро растет с увеличением температуры.

Уже много раз мы пользовались словами «газ» и «пар». Эти два слова довольно равноправны. Можно сказать: водяной газ есть пар воды, газ кислород есть пар кислородной жидкости. Все же при пользовании этими двумя словами сложилась некоторая привычка. Так как мы привыкли к определенному относительно небольшому интервалу температур, то слово «газ» мы применяем обычно к тем веществам, упругость пара которых при обычных температурах выше атмосферного давления. Напротив, о паре мы говорим тогда, когда при комнатной температуре и давлении атмосферы вещество более устойчиво в виде жидкости.

Следующая глава >

При каких температурах возникает кипение воды в системе отопления?

Температура кипения воды под давлением

В системах отопления бывают температуры выше 100 градусов! Почему не происходит кипение и разрыва трубы?

Задача

Например, при какой температуре будет кипение воды, если давление системы отопления 6 Bar (Атмосфер)

Решение

Решение очень простое. Было опытным путем доказана взаимосвязь кипения воды от давления. Поэтому просто воспользуемся таблицей связи давления и кипения воды.

Поскольку в таблице указано абсолютное давление, то это означает, что манометр будет показывать 6 Bar. Но абсолютное давление будет равно 7 Bar (Атмосфер). Поэтому на таблице ищем 7 Атмосфер и находим температуру кипения. Потому что манометры не учитывают уже присутствующее естественное атмосферное давление в воздуха. То есть если абсолютное давление равно одному, то манометр покажет нуль! Только если давление будет выше атмосферного, стрелка манометра начнет отклоняться.

Ответ: 164,17 градусов

Давление пара при температурах выше 100 градусов

    Серия видеоуроков по частному дому
            Часть 1. Где бурить скважину?
            Часть 2. Обустройство скважины на воду
            Часть 3. Прокладка трубопровода от скважины до дома
            Часть 4. Автоматическое водоснабжение
    Водоснабжение
            Водоснабжение частного дома. Принцип работы. Схема подключения
            Самовсасывающие поверхностные насосы. Принцип работы. Схема подключения
            Расчет самовсасывающего насоса
            Расчет диаметров от центрального водоснабжения
            Насосная станция водоснабжения
            Как выбрать насос для скважины?
            Настройка реле давления
            Реле давления электрическая схема
            Принцип работы гидроаккумулятора
            Уклон канализации на 1 метр СНИП
    Схемы отопления
            Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления
            Гидравлический расчет двухтрубной попутной системы отопления Петля Тихельмана
            Гидравлический расчет однотрубной системы отопления
            Гидравлический расчет лучевой разводки системы отопления
            Схема с тепловым насосом и твердотопливным котлом – логика работы
            Трехходовой клапан от valtec + термоголовка с выносным датчиком
            Почему плохо греет радиатор отопления в многоквартирном доме
            Как подключить бойлер к котлу? Варианты и схемы подключения
            Рециркуляция ГВС. Принцип работы и расчет
            Вы не правильно делаете расчет гидрострелки и коллекторов
            Ручной гидравлический расчет отопления
            Расчет теплого водяного пола и смесительных узлов
            Трехходовой клапан с сервоприводом для ГВС
            Расчеты ГВС, БКН. Находим объем, мощность змейки, время прогрева и т.п.
    Конструктор водоснабжения и отопления
            Уравнение Бернулли
            Расчет водоснабжения многоквартирных домов
    Автоматика
            Как работают сервоприводы и трехходовые клапаны
            Трехходовой клапан для перенаправления движения теплоносителя
    Отопление
            Расчет тепловой мощности радиаторов отопления
            Секция радиатора
            Зарастание и отложения в трубах ухудшают работу системы водоснабжения и отопления
            Новые насосы работают по-другому…
            Расчет инфильтрации
            Расчет температуры в неотапливаемом помещении
            Расчет пола по грунту
    Регуляторы тепла
            Комнатный термостат — принцип работы
    Смесительный узел
            Что такое смесительный узел?
            Виды смесительных узлов для отопления
    Характеристики и параметры систем
            Местные гидравлические сопротивления. Что такое КМС?
            Пропускная способность Kvs. Что это такое?
            Кипение воды под давлением – что будет?
            Что такое гистерезис в температурах и давлениях?
            Что такое инфильтрация?
            Что такое DN, Ду и PN ? Эти параметры нужно знать сантехникам и инженерам обязательно!
            Гидравлические смыслы, понятия и расчет цепей систем отопления
            Коэффициент затекания в однотрубной системе отопления
    Видео
            Отопление
                    Автоматическое управление температурой
                    Простая подпитка системы отопления
                    Теплотехника. Ограждающие конструкции.
            Теплый водяной пол
                    Насосно смесительный узел Combimix
                    Почему нужно выбрать напольное отопление?
                    Водяной теплый пол VALTEC. Видеосеминар
                    Труба для теплого пола — что выбрать?
                    Теплый водяной пол – теория, достоинства и недостатки
                    Укладка теплого водяного пола — теория и правила
                    Теплые полы в деревянном доме. Сухой теплый пол.
                    Пирог теплого водяного пола – теория и расчет
            Новость сантехникам и инженерам
            Сантехники Вы все еще занимаетесь халтурой?
            Первые итоги разработки новой программы с реалистичной трехмерной графикой
            Программа теплового расчета. Второй итог разработки
            Teplo-Raschet 3D Программа по тепловому расчету дома через ограждающие конструкции
            Итоги разработки новой программы по гидравлическому расчету
            Первично вторичные кольца системы отопления
            Один насос на радиаторы и теплый пол
            Расчет теплопотерь дома — ориентация стены?
    Нормативные документы
            Нормативные требования при проектировании котельных
            Сокращенные обозначения
    Термины и определения
            Цоколь, подвал, этаж
            Котельные
    Документальное водоснабжение
            Источники водоснабжения
            Физические свойства природной воды
            Химический состав природной воды
            Бактериальное загрязнение воды
            Требования, предъявляемые к качеству воды
    Сборник вопросов
            Можно ли разместить газовую котельную в подвале жилого дома?
            Можно ли пристроить котельную к жилому дому?
            Можно ли разместить газовую котельную на крыше жилого дома?
            Как подразделяются котельные по месту их размещения?
    Личные опыты гидравлики и теплотехники
            Вступление и знакомство. Часть 1
            Гидравлическое сопротивление термостатического клапана
            Гидравлическое сопротивление колбы — фильтра
    Видеокурс
            Скачать курс Инженерно-Технические расчеты бесплатно!
    Программы для расчетов
            Technotronic8 — Программа по гидравлическим и тепловым расчетам
            Auto-Snab 3D — Гидравлический расчет в трехмерном пространстве
    Полезные материалы
    Полезная литература
            Гидростатика и гидродинамика
    Задачи по гидравлическому расчету
            Потеря напора по прямому участку трубы
            Как потери напора влияют на расход?
    Разное
            Водоснабжение частного дома своими руками
            Автономное водоснабжение
            Схема автономного водоснабжения
            Схема автоматического водоснабжения
            Схема водоснабжения частного дома
    Политика конфиденциальности