Что такое кипение (кипение хладагента). Зависимость давления жидкости от температуры.

Что такое кипение (кипение хладагента).  Зависимость давления жидкости от температуры.

Что такое кипение (кипение хладагента).

Зависимость давления жидкости от температуры.

 Взаимосвязь между температурой и давлением жидкостей является одним из основных принципов работы холодильного оборудования.

 На примере воды мы знаем, что при нагревании жидкости до 100 °C, и обычном атмосферном давлении 760 мм р.с. происходит кипение.

 

 На картинке (рис 1) мы видим, что силы Fe и Fi взаимодействуют друг на друга с одинаковой величиной, поэтому они находятся в стадии покоя. Это означает, что поверхность жидкости находится под действием двух сопряженных сил, которые направлены в сторону друг друга. Одна сила старается снизу-вверх выдавить воду из сосуда, а другая сверху вниз давит на нее, препятствуя этому. Они уравновешены.

Fe = Fi

 Однако стоит нам начать нагревать низ колбы, и сразу величина давления Fi будет расти и будет стараться выйти за пределы своей поверхности отделением молекул в виде пара. И чем интенсивнее нагрев, тем сильнее происходит вскипание, стараясь выровнять значения взаимодействия различных сред. Дойдя до 100°C, вода начинает кипеть.

Fe < Fi

 Нагревая жидкость, мы повышаем давление Fi. И за счет разницы давлений происходит процесс кипения.

 А что произойдет (рис 2) если мы не будем нагревать воду, а просто добьемся разницы взаимодействия сил Fe и Fi путем понижения давления в сосуде путем сильного вакуумирования воздуха? Сила Fe сильно уступает Fi, и в теории жидкость закипает даже при 30°C. Что кажется невероятным! Мы нарушили состояние равенства. И снова формула:

Fe < Fi

 И мы ее добились не нагреванием, а вакуумированием.

 

 Вот следующий пример. (рис 3) Нагреваем жидкость до кипения. Вода парует из отверстия сосуда. И вдруг мы плотно закрываем выход пара наружу. Молекулы в виде пара сильно концентрируются над поверхностью, повышая, таким образом давление на столько, что оно выравнивается и кипение резко останавливается. То есть давления становится достаточным для установления нового состояния равновесия между силами Fe и Fi что бы остановить процесс кипения.

 Но только нам стоит полить сосуд холодной водой, вода снова закипит. Потому что массовая доля молекул пара над поверхностью гораздо меньше массы воды, потому и охлаждается она быстрее. Как ни парадоксально бы это ни звучало, но путем охлаждения мы закипели.

 

 

 

 

Что мы понимаем под разницей удельной массой жидкости и пара?

 Если взять 1 литр воды в жидкой фазе, то он будет весить 1 кг. Один литр жидкого Фреона R22 при температуре 20°C весит 1.2 кг, а если при той же температуре взять 1 литр пара, то его вес будет 0.038 кг.

То есть: 1.2 / 0.038 = 31.57

Это говорит о том, что 31 литр пара фреона R22, при атмосферном давлении, и температуре 20°C весит столько же, сколько и 1 литр жидкого того же фреона, при тех же условиях. (рис 4)

Таким образом, при испарении 1 литра жидкого фреона R22, требуется в 31 раз больший объем для пара его же. Вот почему жидкостные части холодильного контура имеют более узкий диаметр, чем контур нагнетания, при том, что давление у них почти одиннаковое.

 Подводя итог всему сказанному, посмотрим на картинку взаимодействия давления фреона от температуры. Мы видим, что, если повышать температуру жидкости сила Fi (давление) увеличивается, и это приводит к испарению необходимого количества жидкости. Объем пара, который образуется в этом процессе оказывается слишком малым для него, поэтому происходит его сжатие, рост давления Fe приводит к росту давления Fi, пока не произойдет выравнивание их.

 Вывод: в закрытом контуре смесь пара с порождающей их жидкостью (насыщенными
парами или парожидкостная смесь) подчиняется очень точному (рис 5) соотношению при определенных условиях.

Принцип холодильного оборудования заключается во внешнем воздействию на жидкость (нагрева, охлаждения,  вакуумирования), которая меняет свое состояние и выделяет тепло.