Verzadigde vloeistof versus onderkoelde vloeistof: 3 kritieke feiten

by

Verzadigde vloeistof versus onderkoelde vloeistof: kritische feiten moeten weten

Verzadigde vloeistof en onderkoelde vloeistof zijn de verschillende fasen tijdens het faseveranderingsproces van een zuivere vloeistof. De belangrijkste fasen van een zuivere stof zijn vast, vloeibaar en gas.

Ondergekoelde vloeistof verwijst naar die fase van een stof waar het in vloeibare vorm bestaat bij een temperatuur onder het kookpunt bij de systeemdruk. De verzadigde vloeistof is een vloeistof die op het punt staat te verdampen, wat betekent dat elke drukverlaging zonder de temperatuur te veranderen ervoor zorgt dat deze gaat koken.

Verzadigde vloeistof versus onderkoelde vloeistof

Image Credit: verzadigde vloeistof versus onderkoelde vloeistof https://s3.studentvip.com.au/notes/11438-

Elke vloeistof, in zuivere vorm of in een mengsel, oefent bij een bepaalde temperatuur een specifieke druk uit op het oppervlak van de vloeistof, die de dampdruk van de stof bij die temperatuur wordt genoemd. Als de temperatuur van de vloeistof stijgt, neemt ook de dampdruk toe. Aangezien deze dampdruk gelijk is aan de druk van de omringende atmosfeer, begint de vloeistof te koken. De vloeistof op het kookpunt heet a verzadigde vloeistof.

Water is bijvoorbeeld een verzadigde vloeistof op zijn kookpunt van 100 ° C onder de atmosferische omstandigheden op zeeniveau of 1-atmosfeer druk. Als water onder de 100°C wordt afgekoeld, wordt het onderkoeld. Naarmate de druk hoger wordt dan 1 atmosfeer, neemt het kookpunt van water toe of wordt het een ondergekoelde vloeistof bij 100 ° C.

Voorbeeld onderkoelde vloeistof

Elke vloeistof onder het kookpunt bij een bepaalde druk kan worden beschouwd als een onderkoelde vloeistof.

Water kookt bij 373 ° K (100 ° C). Nu is water bij kamertemperatuur 293°K (25°C) en bij normale atmosferische druk een voorbeeld van a Ondergekoelde vloeistof.

Bepaalde omstandigheden die ervoor zorgen dat een vloeistof onderkoeld wordt, zijn:

Bij een gegeven systeemdruk wanneer de vloeistof een temperatuur bereikt die lager is dan de verzadigingstemperatuur. Wanneer de vloeistof een druk heeft die hoger is dan de verzadigingsdruk bij de gegeven temperatuur. Thermodynamisch heeft de vloeistof een lagere enthalpie en een specifiek volume dan die van a verzadigde vloeistof.

Artikel 3 afbeelding 1

Afbeelding tegoed: Tv-diagram dat faseverandering weergeeft voor water bij constante druk https://engineering.purdue.edu/CFDLAB/class/me200/filesFall2010/me200_notes_f10_week3.pdf

Enkele andere voorbeelden van ondergekoelde vloeistof zijn:

  • Vloeibare ammoniak bij een temperatuur lager dan -33.3°C en een druk van 1 bar of hoger.
  • Vloeibare ammoniak bij een temperatuur lager dan -50°C en een druk van 0.41 bar of hoger.
  • Ethyleenglycol bij een temperatuur lager dan 197 C en een druk van 1 bar of hoger
  • Ethylalcohol bij een temperatuur lager dan 77.8 C en een druk van 1 bar of hoger.

Zoals hierboven te zien is, kan het in het voorbeeld van vloeibare ammoniak in onderkoelde omstandigheden bij verschillende druk- en temperatuuromstandigheden naar buiten. -33.3°C is de verzadigingstemperatuur van ammoniak bij 1 bar druk. Evenzo is voor een temperatuur van -50°C de corresponderende verzadigingsdruk voor ammoniak 0.41 bar (ongeveer).

Onderkoelde vloeistofdruk

Een vloeistof met een druk die hoger is dan de verzadigingsdruk bij de gegeven temperatuur wordt een ondergekoelde of gecomprimeerde vloeistof genoemd.

Ondergekoelde vloeistof betekent dat de temperatuur van de vloeistof lager is dan de verzadigingstemperatuur voor die bepaalde druk en een gecomprimeerde vloeistof betekent dat de druk van de vloeistof hoger is dan de verzadigingsdruk voor de gegeven temperatuur. Beide termen kunnen als alternatief worden gebruikt.

Aangezien vloeistoffen onsamendrukbaar van aard zijn, zijn hun eigenschappen relatief drukonafhankelijk. Ondergekoelde vloeistoffen worden gedefinieerd door:

  • Hogere druk dan een verzadigde vloeistof (P>Pzatbij een gegeven T)
  • Lagere temperatuur dan een verzadigde vloeistof (T<Tzat bij een gegeven P)
  • Lagere enthalpie dan een verzadigde vloeistof (h<hfbij een gegeven T of P)
  • Lagere interne energie dan een verzadigde vloeistof (u<ufbij een gegeven T of P)
  • Lager specifiek volume dan een verzadigde vloeistof (v<vf bij een gegeven T of P)

Enthalpie wordt meestal beïnvloed door druk, een nauwkeuriger verband voor h

hf~hf@T+vf(PPzat)

pv

Image Credit: PV-diagram van een zuivere stof http://processandinstrumentation.blogspot.com/

Veelgestelde Vragen / FAQ

V. Wat is het verschil tussen verzadigde en onderkoelde vloeistof?

Ans:hoewel beide Verzadigde vloeistof en Ondergekoelde vloeistof zijn de twee fasen van dezelfde vloeistof, ze verschillen nogal van elkaar.

Onderkoeld is de toestand waarin de vloeistof kouder is dan de minimumtemperatuur (verzadigingstemperatuur), die nodig is om te voorkomen dat de vloeistof kookt. Integendeel, verzadigde vloeistof is de toestand waarin de vloeistof bijna aan het kookpunt is.

In het geval van verzadigde vloeistof, als de druk verder wordt verlaagd en de temperatuur constant wordt gehouden, zal de verzadigde vloeistof beginnen te koken. Aan de andere kant zal de vloeistof worden onderkoeld als de druk wordt verhoogd tot boven de verzadigde druk bij het kookpunt.

V. Waarom is onderkoeling wenselijk in een koelsysteem?

Ans:A ondergekoelde vloeistof verhoogt de energie-efficiëntie van een koelsysteem omdat het een lager specifiek volume heeft

Het koelmiddel wordt onderkoeld in de condensor om de vroege verdamping van het koelmiddel te voorkomen voordat het naar het expansie-apparaat gaat.

Als het condensoroppervlak niet voldoende is om een ​​goede onderkoeling te garanderen, kan het koelmiddel gedeeltelijk verdampen in de leidingen terwijl het naar het expansie-apparaat gaat. Als het koelmiddel gedeeltelijk verdampt voordat het in het expansie-apparaat komt, moet er een groter koelmiddelvolume worden gepompt om dezelfde koeling te bereiken. Dit verhoogt de pompkosten en daarmee het energieverbruik.