Проблема повышения температуры кипения воды под действием гидростатического давления
Thread Content
Последнее редактирование сделал пользователь zhenshui*an 11.07.2015 в 12:36. Мы знаем, что при нормальном давлении температура кипения воды составляет 100 градусов; при повышении давления температура кипения воды также повышается. Представим себе вертикальную трубу длиной 20 м, заполненную водой. После наполнения водой статическое давление воды на дно составляет 2 кг/см² (манометрическое давление). Дно нагревается до 120 градусов. На дне из-за гидростатического давления температура кипения воды составляет около 132,9 градусов; однако вода на дне не достигает этой температуры при соответствующем давлении и не закипает. Вопрос в следующем: будет ли кипеть вода наверху? Мнение 1: Не будет кипеть. Статическое давление воды приводит к повышению температуры кипения воды на дне; если на дне вода не кипит, то и сверху она не будет кипеть. Мнение второе: будет кипеть. При нагревании разница температур между верхней и нижней частями приводит к тому, что плотность воды становится разной; вода естественным образом циркулирует, а температура воды на поверхности постепенно повышается. Однако здесь действует атмосферное давление, поэтому вода закипает. Что думают все моряки?
Ваш вопрос довольно странный, но интересный. Я склоняюсь ко второму варианту. Но трубы должны быть достаточно большими, чтобы не мешать естественной циркуляции.
Эта тема действительно заслуживает обсуждения. Но, по-моему, эти две точки зрения также имеют определенную связь друг с другом. При соответствующем давлении насыщенного пара на дне начинают образовываться пузырьки (то есть происходит кипение) :lol
Я склоняюсь к второму варианту объяснения: возникает разница в плотности. Это, наверное, похоже на процесс кипячения воды: теоретически сначала закипает вода на дне, затем появляются пузырьки, которые заставляют закипать и воду сверху. То есть вода будет смешиваться и перемешиваться. Но при условии, что одновременно поступает достаточное количество тепла, вся вода закипит. Если же температура недостаточна, для кипения необходим центр кипения; без подъема пузырьков движение воды сверху вниз, скорее всего, будет не очень интенсивным. Это также можно заметить по разнице температур в морской воде. Возьмем, к примеру, извержение подводного вулкана: вода на поверхности моря, скорее всего, не разойдется.
Это, должно быть, также связано с количеством тепла и теплоотдачей. Если нагрев достаточен, а труба изолирована, то, вероятно, будет второй случай.
Вы не можете нагреть до 120°C, братан. В процессе нагрева происходит конвективный обмен теплом между водой сверху и снизу, и в итоге вода закипает при текущем давлении, ха-ха.
Согласен со вторым мнением: должно дойти до 120 градусов
На дне образуются пузырьки; это нельзя назвать кипением. Кипение происходит только тогда, когда температура воды на поверхности достигает 100 градусов.
Кто-нибудь проводил этот эксперимент?
Сверху вода закипает при 100 градусах, а снизу температура не достигает 120 градусов — весь теплый воздух поднимается вверх
Последнее редактирование сделал пользователь zhenshui*an 11 июля 2015 года в 12:20. Повышение гидростатического давления воды может привести к повышению точки кипения; в вышеописанной ситуации вода на дне может нагреваться до 120 градусов, но не будет кипеть. После нагревания воды в нижней части до 120 градусов, благодаря естественной циркуляции воды, она поднимается в верхнюю часть, где и кипит при атмосферном давлении. Приглашаем продолжить обсуждение.
Если нет кипящего ядра, можно нагреть воду до состояния перегретой воды. Вопросы, для которых не выполнены все условия, остаются без ответа
Не будет ли перегретая вода декомпрессироваться и испаряться по мере подъема к верху?
Пожалуйста, разберитесь в разнице между кипением и испарением. Вода испаряется при любой температуре; по сути, это процесс передачи вещества в газообразное состояние. Испарение является одной из форм испарения. Кипение — нет. Спасибо. Предположим, что ваш нагреватель выделяет достаточно тепла, а потери тепла минимальны. В процессе нагрева температура воды повышается равномерно; затем растворенные в воде газы выходят наружу, что может послужить ядром для начала кипения. Внутренняя конвекция воды также способствует возникновению кипения. Только когда температура воды на верхнем уровне достигает 100°C, можно говорить о кипении. Что касается температуры воды на дне, то она зависит от геометрических параметров трубы; поэтому нельзя утверждать, что при кипении наверху температура на дне составляет более 130°C. Действительно, это скучный вопрос. Попробуйте провести эксперимент в школе, используя высокий стакан. Или возьмите очень тонкую капиллярную трубку длиной 20 метров и посмотрите, что получится. В этом случае вода на дне мгновенно нагреется до высокой температуры и начнет кипеть. Поэтому на ваш вопрос нет ответа… Я устал писать столько слов. Ха-ха
Последнее изменение в этом посте было сделано zhenshui*an 11.07.2015 в 12:32. Я тоже в замешательстве, поэтому и обращаюсь за советом к всем. Руководство хочет установить на один из реакторов объемом 500 литров трубу длиной 20 метров и диаметром 200 мм. Целью является повышение давления в реакторе; это, в свою очередь, позволит повысить температуру кипения вещества, находящегося на дне реактора (это суспензия, состоящая из какого-то твердого вещества и разбавленной серной кислоты). Таким образом можно будет сократить время протекания реакции. По сути, принцип действия такой же, как у автоклава. Статическое давление жидкостного столба действительно может повышать температуру кипения, благодаря чему можно увеличить температуру нагрева реакционной системы в её нижней части. Но я считаю, что принцип здесь не совсем такой же, как в скороварке. В скороварке есть газовая и жидкая фазы; это закрытое пространство. А в данном случае ситуация не совсем такая. Как вы думаете?
Во-первых, у него мозги набекрень: неужели за это время нельзя было добавить 2 килограмма азота? Во-вторых, разве 20-метровый стержень не выглядит нелепо? Он просто стоит в одиночестве. И ещё нужно поддерживать уровень жидкости на высоте 20 метров — будто это дымоход, из которого идёт дым... В-третьих, этот метод действительно может понизить температуру в котле... Ладно, не буду продолжать. Это полная чушь.
Статическое давление столба жидкости, несомненно, приводит к повышению температуры кипения. Но при столбе воды высотой 20 метров, если нагревать дно, разница температур воды сверху и снизу создает конвективный цикл, который способствует выравниванию температуры воды. Но какой будет температура воды в состоянии равновесия: 100 градусов или выше?
При реальном производстве на участке длиной 20 метров от нижней до верхней части возникает заметный температурный градиент. Проблему теплоотвода решить не удается: при недостаточной мощности нагрева энергии не хватает, а при быстром нагреве дно перегревается. Возможно, что температура на дне достигнет 120 °C. Но высота этого резервуара в 20 метров — это полный абсурд. Создать давление и нагреть содержимое несложно: достаточно просто герметично закрыть контейнер и нагревать его. Зачем же делать открытый резервуар высотой в 20 метров?
Что будет в результате, если не учитывать тепловые потери?
Если не учитывать потери тепла, обсуждать это бессмысленно — практическое применение и идеальные условия — это не одно и то же