Влажный воздух. Состав и свойства - Бурцев С.И.
ISBN 5-89565-005-8
Скачать (прямая ссылка):
Этот вопрос достаточно подробно рассмотрен в [14] для области воды и плавления льда для интервала температур от минус 30 до IOO0C.
На рис. 3.5 приведена указанная диаграмма, в которой справа от пограничной кривой ab находится область двухфазного состояния вода - пар, а слева - область воды высокого давления. Ниже температуры первой тройной точки ї = OjOl0C и давления р = 0,61 кПа (линия caf) располагается область сублимации, которая соответствует только области давлений ниже 0,61 кПа. При более высоких давлениях при затвердевании воды образуется аномальный лёд I, у которого с ростом давления температура плавления снижается. Область плавления аномального льда, показанная сплошной линией aedha, находится в нижней левой четверти диаграммы между температурой t = 0,010C и температурой второй тройной точки t = - 22°С при давлении р = 214 МПа.
Вся область плавления льда I в координатах налагается на область сублимации. Эти области налагаются друг на друга только как проекции термодинамической поверхности состояний вещества на плоскость s-t и из одной области можно перейти в другую лишь через линию действительного их соприкосновения при температуре первой тройной точки O9Ol0C.
Необычное расположение изобар воды получается вследствие её аномалии, т. е. наличия на изобарах воды состояния максимальной плотности, которая при нормальном давлении имеет место при t = 4°С (точка b на кривой ab). Известно, что температура максимальной плотности воды медленно снижается с повышением давления: на каждые 9,21 МПа температура падает на 2°С. Температура плавления льда I также снижается с повышением давления. При давлении воды 28,4 МПа температура максимальной плотности воды совпадает с температурой плавления льда I и равна t = - 2,2°С.
58 ні***ні****ж******** 3.2. Фазовые диаграммы для воды ******************
IOlrB МПа 214,3 МПа/ 357,6 МПа/
Рис. 3.5. Фазовая s-t-диаграмма для воды
Следовательно, состояние максимальной плотности воды для изобары 28,4 МПа будет находиться на правой пограничной кривой плавления льда I (точка С на кривой ае). Для более высоких давлений температуры максимальной плотности воды нет, так как вода замерзает раньше, чем достигается эта температура. Для промежуточных изобар воды, лежащих между давлением 0,824 кПа и 28,4 МПа, температура максимальной плотности воды будет находиться между 4 и минус 2,2°С.
59 +***********************************************************************
Изобары воды от первой тройной точки при давлении 0,61 -0,824 кПа, соответствующие температурам парообразования от 0,01° до 4°С, не имеют точки максимальной плотности. На основании этого изобары воды при давлениях до 0,824 кПа идут от неё, пересекая область двухфазного состояния вода-пар, до встречи с правой пограничной кривой плавления льда между температурами 0 и 0,01°С. Вследствие малости занимаемого участка изобары на рис. 3.5 не нанесены.
Изобары воды при давлении выше 0,824 кПа пересекаются с левой пограничной кривой парообразования ниже температуры 4°С. Эти изобары воды отходят от пограничной кривой парообразования с понижением температуры, достигают состояния максимальной плотности и подходят к правой пограничной кривой плавления льда.
Для давлений выше 28,4 МПа на изобарах воды уже не будет состояний максимальной плотности, поэтому они идут круче пограничной кривой плавления льда I, подходя к ней слева. Рассмотренная выше область схематически в увеличенном виде представлена на рис. 3.6.
Кроме льда I существует ряд других модификаций льда, образующихся при замерзании воды при сверхвысоких давлениях, области плавления которых приведены на рис. 3.5.
Рис. 3.6. Аномальная область воды: 1 - правая пограничная кривая плавления льда I; 2 - аномальная область воды; 3 - левая пограничная кривая парообразования
60 *********************** 3.3. Твёрдая фаза — лёд ***********************
3.3. Твёрдая фаза - лёд
Твёрдая фаза воды (лёд) практически несжимаема. При атмосферном и близких к нему давлениях плотность льда можно принимать постоянной и равной рл = 916,8 кг/м3, а удельный объём vjl = 0,00109 м3/кг.
Средние значения удельной теплоёмкости льда в интервале температур от минус 50° до 0°С приведены в табл. 3.4 [1].
Таблица 3.4
Удельная массовая теплоёмкость льда
Температура t, °С
Удельная массовая теплоёмкость льда сл, кДж/(кг-К)
-50 -40 -30 -20 -10 0
1,924 1,961 1,997 2,034 2,071 2,108
Для расчётов, не требующих высокой точности, среднее значение удельной массовой теплоёмкости льда для диапазона температур от минус 50 до 0°С сл = 1,924 кДж/(кг-К).
Согласно фазовой ^-/-диаграмме для воды, температура плавления льда зависит от давления. С увеличением давления эта температура падает. График зависимости Jnjl = /(р) приведён на рис. 3.7 для аномального льда I.
50 U )0 150 р, МПа
Рис. 3.7. Зависимость температуры плавления льда Iwi от давления
61 +***********************************************************************
Удельные значения теплоты плавления льда в зависимости от температуры по данным [15] приведены в табл. 3.5.
