Давление в сосуде при нагреве
Добрый день наш уважаемый читатель. Получая часто вопросы от наших клиентов в 90% процентов из всех случаев, мы даем быстрые, четкие и грамотные ответы нашему собеседнику. Дело в том, что нашего богатого опыта работа отлично хватает чтобы закрыть потребности среднестатистического клиента или спикера.
Развернуто и не очень мы уже отвечали в нашем блоге людям на следующие вопросы:
Поставленная задача
Сейчас перед нами встала следующая задача вот такого содержания: есть сосуд с неизменяемым объемом жидкости внутри него. Предположим, что сосуд состоит из обыкновенного железа, например, возьмем простой накопительный бойлер (V = 50 литров). Начальное давление в системе 2 атмосферы, начальная температура воды Т1 = 17 градусов цельсия, конечная температура после нагрева Т2 = 57 градусов цельсия. Исходные параметры могут быть разные, но конечная задача, на которую нужно получить ответ будет следующая: какое давление будет в закрытом сосуде при нагреве воды до указанной температуры Т2, если учесть, что краны на сосуде (вход и выход) находятся в положении закрыто, и начальный объем не изменяется??? Давление можно снимать (измерять) при помощи встроенного или выносного трубного манометра. Расширительного бака нет. Все для эксперимента.
Остаемся на связи в любой момент! Компания Монтажник работает для Вас!
Остаемся на связи в любой момент! Компания Монтажник работает для Вас!
Закон и формула Шарля
Начав решать эту задачу, каждый может прибегнуть к такому ответу: «да ладно, это же задачка за 7 класс, тут нужно применять формулу известного физика Шарля, Вы что учебник физики не читали?». Далее следует решение:
Формула: (273+t2)/(273+t1)=коэффициент увеличения давления от исходного.
(273+57)/(273+17)=330/290=1.13.
1.13 умножаем на 2 получаем что давление будет равно 2.26 после нагрева жидкости с 17 до 57 на 40 единиц.
Ну дела, вот же решение, зачем страдать дальше? Но нет друзья, это решение конечно же хорошее – но применимо только для изохорных идеальных газов, но не в коем случае не для жидкости, представленной у нас на примере воды.
Едем дальше изучая попутно других известных святил физики, и воуля мы натыкаемся на еще одно решение.
Для расчетов берем исходные данные из чего изготовлен сосуд, у нас это железо. Коэффициент объёмного расширения железа стабильно одинаковый, берем за основу среднее значение 0,000036, а вот коэффициент объема воды изменяется в зависимости от ее нагрева. Примерно 0,00015 при 20 градусах цельсия и 0,00045 при 60 градусах цельсия. Среднее значение путем сложения из двух данных получаем 0,00030.
Чтобы посчитать объем во сколько увеличиться объем в сосуде воспользуемся формулой: 1 + коэффициент расширения железа * (t2-t1).
В цифрах будет выглядеть так: 1 + 0,000036 * (57 – 17) = 1.002;
В качестве информационной нагрузки узнаем еще на сколько бы увеличился V воды если бы она была вне сосуда: 1 + 0,0003 * (57 – 17) = 1,012. Далее все упирается на сколько же прочный Ваш сосуд и не раздует ли его при повышении давления.
Чтобы узнать процентное увеличение объема воды с воздействием на сосуд воспользуемся следующей формулой подставим все цифры: 1,012 / 1,002 * 100 – 100 = 1 %.
Обратившись к учебнику физики, мы узнаем, что при давлении каждой атмосферы объем воды уменьшается на 0,000006. Например, 50 литров, при одной атмосфере сожмется на 0,001 и будет 49.999. Зато по сравнению с газами сжимаемость жидкостей действительно ничтожна: в десятки тысяч раз меньше.
Если объём воды при 2 атм = 50 литров, то при 500 атм объём станет примерно на 1 литр меньше. (разница в двух числах 2%).
1%/2% * 500 = 250 атмосфер, то значение при котором по идее должно разорвать Ваш бак и то давление которое будет у вас при нагреве. Честно, считаем это какой-то бред и не он никак не сочетается с реальными жизненными показателями, полученными в ходе эксперимента.
Изучав дальше интернет и опираясь на наши знания всех из коллег нашего отдела было перепробовано масса различных вариантов и изучено мнений других людей, которые потом можно было бы использоваться для выявления формулы по нашей задаче:
Вода при нагревании увеличивается в объеме до 4%, т.е. 50 наших литров должны превратиться в 52 литра за счет ее расширения, но применить данную теорию в нашем вопросе нам пока не удалось. Мы даже изучили соотношение плотности льда к плотности воды и поняли объем в этом случае увеличивается на 11 процентов.
Есть мнение (алгоритм) с нашей стороны что ни одну из формул применить тут нельзя, так как в баке или бойлере представленным нами невозможно заполнить его на все 100% жидкостью, какую часть в одной жидкости все равно будет составлять воздух, который в этом случае будет работать как расширительный бак и возможно поэтому те 800 атмосфер которые получаются у разных людей нормализуются тем количеством воздуха который содержаться в сосуде.
Если Вы физик или технически подкованный человек, разбираетесь в данном вопросе и готовы разрешить наш спор и получить ответ на поставленную задачу – ждем Ваших решений под этой записью в комментариях.
Со своей стороны хотим так же сказать, что при проведении реального эксперимента и нагрева воды в бойлере с 18-20 градусов до 50, давление поднялось по манометру с 1.5 очков (бар, атмосфер) примерно и до 5 бар.
Спасибо за проявленный труд, терпение и прочтение данной статьи. Надеемся что этот вопрос решится в ближайшее время и мы найдем грамотный ответ.
Всего Вам доброго и приятного дня.
Другие полезные записи в блоге – только для Вас!
- Котел КСУВ наружного размещения. Почему он является лучшим из всех? Технические особенности, выбор большинства организаций. Котельная больше не нужна. Устанавливай прямо со зданием.
- История на “миллион”, как мы помогли ДОЛ “Лесное озеро”. Крупный DIY проект России, сделай сам!
- Тепловой пункт: какой промышленный котел выбрать?
- Наглядный ремонт КЧМ руками наших специалистов.
- ОАО “Кировский завод” банкрот. Какая судьба ожидает котлы КЧМ-5, КЧМ-5К, КЧМ-7 Гном?
- Почему в котлах КЧМ-5К не используются колосники? Техническая информация и не только.
- Все основные запасные части к котлу КЧМ, артикулы, описание и много полезной информации.
- Лемакс – лучшее соотношение цена/качество в бытовых котлах.
- 1000 колосников на складе компании МОНТАЖНИК – новый завоз.
- Что такое колосник? Расскажем все очень подробно.
- Почему котлы ИШМА покупают 90 из 100 клиентов. Лучшее соотношение цены-качества.
- Лучший конкурент котла Buderus, Valliant, Protherm – это Кентатсу (Kentatsu) – или как мы его называем один в поле ВОИН! А так же там мы ответили на вопрос, что лучше русский КЧМ или Турецкояпонский гигант?
- Полная подробная инструкция по монтажу промышленных котлов
- Посмотреть все статьи и новости
Наши отправки (отгрузки), услуги и выполненные работы:
Статьи посвященные нашим отгрузкам не только поднимают наш авторитет как считаем мы, но они направлены на увеличение доверия со стороны потенциальных клиентов. Нам нечего скрывать – мы делимся с Вами своими продажами и успехами. У нас нет скрытых продаж и ухода от налогов. Мы стараемся делать наше с Вами сотрудничество и работу максимально прозрачными. Мы хотим чтобы Вы доверяли нашей команде!
Если у Вас есть идеи о том, о том что Вы бы хотели увидеть на нашем канале. То присылайте их на нашу легкую почту: 426909@bk.ru. Если Вам понравилась статья оцените ее, поставьте палец вверх слева экрана (если Вы читаете ее с компьютера), а также подпишитесь на наш блог, Вас ждет много полезной и интересной информации.
С вами на связи была компания ООО “Монтажник” – официальный дистрибьютор нескольких заводов изготовителей по всей стране. По вопросам приобретения котлов, насосов и другого сопутствующего оборудования (запчасти, дымоходы, автоматика) можете обращаться по телефонам: 8(47354) 2-55-25; 2-69-09 или на электронную почту: 426909@bk.ru или montagnikvrn@yandex.ru.
Наш логотип
Наш логотип
Отзывы о нашей компании:
15 лет на рынке – ни одного плохого отзыва за все время работы.
15 лет на рынке – ни одного плохого отзыва за все время работы.
Посмотреть все отзывы.
СПАСИБО ЧТО ОСТАЕТЕСЬ С НАМИ! Рассказывайте друзьям, делитесь материалом со своими знакомыми. Нам важен каждый.
Компания которая относится к своему клиенту с ДУШОЙ!
Заказ через наш интернет магазин
Заказ через наш интернет магазин
Источник
Страница 1 из 4
1 2 3 4 Вперёд >
Регистрация: 03.10.10 Сообщения: 152 Благодарности: 72
romk
Живу здесь
Регистрация: 03.10.10 Сообщения: 152 Благодарности: 72 Адрес: Тольятти
Формула изменения давления при изменении температуры
Есть закрытый бойлер косвенного нагрева объёмом 200 л. Температура воды 20. Давление 2 атм. Краны закрыты, расширительного бака нет. Какое давление будет при нагреве до 70 ?
Нужна формула или онлайн-калькулятор (в сети не нашел). Спасибо.
Регистрация: 12.05.12 Сообщения: 8.400 Благодарности: 10.631
Навигатор6989
Живу здесь
Регистрация: 12.05.12 Сообщения: 8.400 Благодарности: 10.631 Адрес: Минск
Вы же кран закрываете с одной стороны и в принципе давление не изменится
Регистрация: 25.06.12 Сообщения: 2.333 Благодарности: 3.553
Ovit1
Живу здесь
Регистрация: 25.06.12 Сообщения: 2.333 Благодарности: 3.553 Адрес: Екатеринбург
Посмотрите тематику “коэффициент объемного сжатия”/”модуль упругости”
Регистрация: 14.09.15 Сообщения: 591 Благодарности: 332
shadowmgn
Живу здесь
Регистрация: 14.09.15 Сообщения: 591 Благодарности: 332 Адрес: Магнитогорск
И не найдете. Давление увеличится на 53 МПа, т. е. бак разорвет еще при температуре 25-30 гр.
Регистрация: 03.10.10 Сообщения: 152 Благодарности: 72
romk
Живу здесь
Регистрация: 03.10.10 Сообщения: 152 Благодарности: 72 Адрес: Тольятти
@Навигатор6989 со стороны магистрали стоит обратный клапан и давление туда не сбрасывается.
Регистрация: 03.10.10 Сообщения: 152 Благодарности: 72
romk
Живу здесь
Регистрация: 03.10.10 Сообщения: 152 Благодарности: 72 Адрес: Тольятти
Почему нет формулы и таблиц? Вопрос ведь тривиальный в сантехнике. Гидробаки часто выходят из строя. 53 МПа от 10 градусов нагрева? Быть не может.
Регистрация: 14.09.15 Сообщения: 591 Благодарности: 332
shadowmgn
Живу здесь
Регистрация: 14.09.15 Сообщения: 591 Благодарности: 332 Адрес: Магнитогорск
Есть формулы, только нужно знать где смотреть. Тривиальная значит решайте. Не от 10 градусов, а при нагреве на 50 гр.
Регистрация: 12.10.16 Сообщения: 149 Благодарности: 114
hanke
Живу здесь
Регистрация: 12.10.16 Сообщения: 149 Благодарности: 114 Адрес: СПб
А зачем формула ? Вода при нагревании увеличивается в объеме до 4%, т. е. 200 л. + 8 л. Порвет все…Даже без формулы. Вода практически несжимаемая жидкость. Поставите клапан предохранительный, тот будет постоянно сливать эти 8 литров в канализацию. Просто добавьте расширительный бак для ГВС литров на 12-18.
Регистрация: 06.12.14 Сообщения: 9 Благодарности: 1
andoriu
Участник
Регистрация: 06.12.14 Сообщения: 9 Благодарности: 1
Не надо бреда. У вас, что стенки бака из кальки? Никакого увеличения объема не будет, давление повысится и все. Баки из железа и расчитаны до 10 бар.
Топик-стартер,в вашем случае при начальном давлении 3 бара и 20 градусах будет 4,1 бара при 70. При 2 станет 3. Живите спокойно.
Регистрация: 21.07.18 Сообщения: 2.569 Благодарности: 1.227
Honda_M
Живу здесь
Регистрация: 21.07.18 Сообщения: 2.569 Благодарности: 1.227 Адрес: Москва
Полная чушь. При таком увеличении давления не было бы никакой необходимости ставить расширительные баки на ГВС, а их ставить настоятельно рекомендуется.
Регистрация: 21.02.12 Сообщения: 8.554 Благодарности: 11.420
Юрген72
Живу здесь
Регистрация: 21.02.12 Сообщения: 8.554 Благодарности: 11.420 Адрес: Пермь
В моей практике было такое: новый водопровод из стальной трубы для опрессовки заполнили холодной водой из водопровода и подняли давление прессом до 12 бар, и так оставили, какое же было удивление когда через пару часов на манометре стало давление 17 бар А все из-за прогрева воды до почти комнатной температуры, т. е., градусов на 10-15. Вот для уменьшения этого эффекта и нужно ставить РБ.
Регистрация: 12.10.16 Сообщения: 149 Благодарности: 114
hanke
Живу здесь
Регистрация: 12.10.16 Сообщения: 149 Благодарности: 114 Адрес: СПб
Хм…
Вы физику в школе учили ? Даже полипропилен при нагревании удлиняется (увеличивается в объеме) и гнуться трубы. А вода обязательно. Причем вода увеличивается в объеме при нагревании https://sebestroj.ru/spravochnik/koehfficient-rasshirenija-vody.html. А так же при замерзании. Причем меньше чем при нагреве, но это не мешает воде рвать трубы).
Регистрация: 12.10.16 Сообщения: 149 Благодарности: 114
hanke
Живу здесь
Регистрация: 12.10.16 Сообщения: 149 Благодарности: 114 Адрес: СПб
Я тут погорячился насчет НЕМНОГО при замерзании…Так как плотность воды равна 1000 кг на кубический метр, а плотность льда – 900, то оъбем увеличивается на (1000/900-1)*100%, что примерно равно 11%.
При нагреве всего до 4%
Регистрация: 02.05.15 Сообщения: 11.543 Благодарности: 5.383
muai2
Живу здесь
Регистрация: 02.05.15 Сообщения: 11.543 Благодарности: 5.383
@andoriu просто хотел воскресить некротему. Ляпнул че-то невнятное в пятницу, а сейчас понедельник и его вброс все еще опровергают…
Регистрация: 01.11.11 Сообщения: 7 Благодарности: 0
urru1
Участник
Регистрация: 01.11.11 Сообщения: 7 Благодарности: 0 Адрес: Салават
В инструкции по монтажу бойлера фирмы Будерус, на схеме обвязки, никакого расширительного бака не предусмотрено только предохранительный клапан.
Страница 1 из 4
1 2 3 4 Вперёд >
Источник
В жизни мы встречаем газообразное состояние вещества, когда чувствуем запахи. Запах очень легко распространяется, потому что газ не имеет ни формы, ни объема (он занимает весь предоставленный ему объем), состоит из хаотично движущихся молекул, расстояние между которыми больше, чем размеры молекул.
Агрегатных состояния точно три?
На самом деле, есть еще четвертое – плазма. Звучит, как что-то из научной фантастики, но это просто ионизированный газ – газ, в котором помимо нейтральных частиц, есть еще и заряженные. Ионизаторы воздуха как раз строятся на принципе перехода из газообразного вещества в плазму.
Давление газа
Мы только что выяснили, что молекулы газа беспорядочно движутся. Во время движения они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором этот газ находится. Поскольку молекул много, ударов тоже много.
Например, в комнате, в которой вы сейчас находитесь, на каждый квадратный сантиметр за 1 с молекулами воздуха наносится столько ударов, что их количество выражается двадцати трехзначным числом.
Хотя сила удара отдельной молекулы мала, действие всех молекул о стенки сосуда приводит к значительному давлению. Это как если бы один комар толкал машину, то она бы и не сдвинулась с места, а вот пару сотен миллионов комаров вполне себе способны эту машину сдвинуть.
Зависимость давления от других величин
Зависимость давления от объема
В механике есть формула давления, которая показывает: давление прямо пропорционально силе и обратно пропорционально площади, на которую эта сила оказывается.
Давление
p = F/S
p – давление [Па]
F – сила [Н]
S – площадь [м^2]
То есть, если наши двести миллионов комаров будут толкать легковую машину, они распределятся по меньшей площади, чем если бы они толкали грузовой автомобиль (просто потому что легковая меньше грузовика).
Из формулы давления следует, что давление на легковой автомобиль будет больше из-за меньшей площади.
Давайте рассмотрим аналогичный пример с двумя сосудами разной площади.
Давление в левом сосуде будет больше, чем во втором, по аналогичной схеме – потому что площадь меньше. Но если площадь основания меньше, то и объем меньше. Это значит, что давление будет зависеть от объема следующим образом: чем больше объем, тем меньше давление – и наоборот.
При этом зависимость будет не линейная, а примет вот такой вид (при условии, что температура постоянна):
Такая зависимость называется законом Бойля-Мариотта.
Она экспериментально проверяется с помощью такой установки.
Объем шприца увеличивают с помощью насоса, а манометр измеряет давление. Эксперимент показывает, что при увеличении объема давление действительно уменьшается.
Зависимость давления от температуры
Рассмотрим зависимость давления газа от температуры при условии неизменного объема определенной массы газа. Эти исследования были впервые произведены в Жаком Шарлем.
Газ нагревался в большой колбе, соединенной с ртутным манометром в виде узкой изогнутой трубки. Пренебрегая ничтожным увеличением объема колбы при нагревании и незначительным изменением объема при смещении ртути в узкой манометрической трубке.
Таким образом, можно считать объем газа неизменным. Подогревая воду в сосуде, окружающем колбу, измеряли температуру газа по термометру, а соответствующее давление – по манометру.
Этот эксперимент показал, что давление газа увеличивается с увеличением температуры. Это связано с тем, что при нагревании молекулы газа движутся быстрее, из-за чего чаще ударяются о стенки сосуда.
С температурой все проще. Зависимость давления от температуры при постоянных объеме и массе будет линейно:
Эта зависимость называется законом Шарля.
Хранение и транспортировка газов
Если нужно перевезти значительное количество газа из одного места в другое, или когда газы необходимо длительно хранить – их помещают в специальные прочные металлические сосуды. Из-за того, что при уменьшении объема увеличивается давление, газ можно закачать в небольшой баллон, но он должен быть очень прочным.
Сосуды, предназначенные для транспортировки газов, выдерживают высокие давления. Поэтому с помощью специальных насосов (компрессоров) туда можно закачать значительные массы газа, которые в обычных условиях занимали бы в сотни раз больший объем.
Поскольку давление газов в баллонах даже при комнатной температуре очень велико, их ни в коем случае нельзя нагревать. Например, держать под прямыми лучами солнца или любым способом пытаться сделать в них отверстие, даже после использования.
Понимать и любить этот мир проще, когда разбираешься в физике. В этом помогут небезразличные и компетентные преподаватели онлайн-школы Skysmart.
Чтобы формулы и задачки ожили и стали более дружелюбными, на уроках мы разбираем примеры из обычной жизни современных подростков. Приходите на бесплатный вводный урок по физике и начните учиться в удовольствие уже завтра!
Источник