Gesättigte Flüssigkeit vs. unterkühlte Flüssigkeit: 3 kritische Fakten

by

Gesättigte Flüssigkeit VS unterkühlte Flüssigkeit: Wichtige Fakten müssen bekannt sein

Gesättigte Flüssigkeit und unterkühlte Flüssigkeit sind die verschiedenen Phasen während des Phasenwechselprozesses einer reinen Flüssigkeit. Die Hauptphasen einer reinen Substanz sind fest, flüssig und gasförmig.

Unterkühlte Flüssigkeit bezieht sich auf die Phase eines Stoffes, in der er bei einer Temperatur unterhalb seines Siedepunktes bei Systemdruck in flüssiger Form vorliegt. Die gesättigte Flüssigkeit ist eine Flüssigkeit, die im Begriff ist zu verdampfen, was bedeutet, dass jede Druckabnahme ohne Änderung ihrer Temperatur zum Sieden führt.

Gesättigte Flüssigkeit vs. unterkühlte Flüssigkeit

Bildquelle: Gesättigte Flüssigkeit vs. unterkühlte Flüssigkeit https://s3.studentvip.com.au/notes/11438-

Jede Flüssigkeit, ob in Reinform oder als Gemisch, übt bei einer bestimmten Temperatur einen bestimmten Druck auf die Oberfläche der Flüssigkeit aus, der als Dampfdruck des Stoffes bei dieser Temperatur bezeichnet wird. Steigt die Temperatur der Flüssigkeit, steigt auch ihr Dampfdruck. Da dieser Dampfdruck dem Druck der umgebenden Atmosphäre entspricht, beginnt die Flüssigkeit zu sieden. Die Flüssigkeit am Siedepunkt heißt a gesättigte Flüssigkeit.

Zum Beispiel ist Wasser an sich eine gesättigte Flüssigkeit Siedepunkt von 100°C unter atmosphärischen Bedingungen auf Meereshöhe oder 1 Atmosphärendruck. Wenn Wasser unter 100 °C abgekühlt wird, wird es unterkühlt. Wenn der Druck über 1 Atmosphäre erhöht wird, steigt der Siedepunkt von Wasser oder es wird bei 100 °C zu einer unterkühlten Flüssigkeit.

Beispiel für unterkühlte Flüssigkeit

Jede Flüssigkeit unter ihrer Siedetemperatur bei einem bestimmten Druck kann als unterkühlte Flüssigkeit betrachtet werden.

Wasser siedet bei 373 °K(100 °C). Nun ist Wasser bei Raumtemperatur293°K(25°C) und bei normalem atmosphärischem Druck ein Beispiel für a Unterkühlte Flüssigkeit.

Bestimmte Bedingungen, die dazu führen, dass eine Flüssigkeit unterkühlt wird, sind:

Bei einem gegebenen Systemdruck, wenn die Flüssigkeit eine Temperatur unter ihrer Sättigungstemperatur erreicht. Wenn die Flüssigkeit einen höheren Druck hat als ihr Sättigungsdruck bei der gegebenen Temperatur. Thermodynamisch hat die Flüssigkeit eine geringere Enthalpie und ein geringeres spezifisches Volumen als die von a gesättigte Flüssigkeit.

Artikel 3 Bild 1

Bildnachweis: TV-Diagramm, das die Phasenänderung für Wasser bei konstantem Druck darstellt https://engineering.purdue.edu/CFDLAB/class/me200/filesFall2010/me200_notes_f10_week3.pdf

Einige andere Beispiele für unterkühlte Flüssigkeiten sind:

  • Flüssiges Ammoniak bei einer Temperatur unter -33.3°C und einem Druck von 1 bar oder höher.
  • Flüssiges Ammoniak bei einer Temperatur unter -50°C und einem Druck von 0.41 bar oder höher.
  • Ethylenglykol bei einer Temperatur unter 197 °C und einem Druck von 1 bar oder höher
  • Ethylalkohol bei einer Temperatur unter 77.8°C und einem Druck von 1 bar oder höher.

Wie oben am Beispiel von flüssigem Ammoniak zu sehen ist, kann es bei unterschiedlichen Druck- und Temperaturbedingungen unterkühlt austreten. -33.3°C ist die Sättigungstemperatur von Ammoniak bei 1 bar Druck. Ebenso beträgt der entsprechende Sättigungsdruck für Ammoniak bei einer Temperatur von -50 °C 0.41 bar (ca.).

Unterkühlter Flüssigkeitsdruck

Eine Flüssigkeit mit einem höheren Druck als ihrem Sättigungsdruck bei der gegebenen Temperatur wird als unterkühlte oder komprimierte Flüssigkeit bezeichnet.

Unterkühlte Flüssigkeit bedeutet, dass die Temperatur der Flüssigkeit niedriger ist als die Sättigungstemperatur für diesen bestimmten Druck, und eine komprimierte Flüssigkeit bedeutet, dass der Druck der Flüssigkeit höher ist als der Sättigungsdruck für die gegebene Temperatur. Beide Begriffe können alternativ verwendet werden.

Da Flüssigkeiten von Natur aus inkompressibel sind, sind ihre Eigenschaften relativ druckunabhängig. Unterkühlte Flüssigkeiten werden definiert durch:

  • Höherer Druck als eine gesättigte Flüssigkeit (P>PSabei einem gegebenen T)
  • Niedrigere Temperatur als eine gesättigte Flüssigkeit (T<TSa bei einem gegebenen P)
  • Geringere Enthalpie als eine gesättigte Flüssigkeit (h<hfbei einem gegebenen T oder P)
  • Geringere innere Energie als eine gesättigte Flüssigkeit (u<ufbei einem gegebenen T oder P)
  • Geringeres spezifisches Volumen als eine gesättigte Flüssigkeit (v<vf bei einem gegebenen T oder P)

Die Enthalpie wird hauptsächlich durch Druck beeinflusst, eine genauere Beziehung für h

hf~hf@T+vf(PPSa)

pv

Bildquelle: PV-Diagramm einer reinen Substanz http://processandinstrumentation.blogspot.com/

Häufig gestellte Fragen

F. Was ist der Unterschied zwischen gesättigter und unterkühlter Flüssigkeit?

Ans:Obwohl beides Gesättigte Flüssigkeit und Unterkühlte Flüssigkeit sind die beiden Phasen derselben Flüssigkeit, sie sind ganz verschieden voneinander.

Unterkühlt ist der Zustand, in dem die Flüssigkeit kälter ist als die Mindesttemperatur (Sättigungstemperatur), die erforderlich ist, um ein Sieden zu verhindern. Im Gegensatz dazu ist gesättigte Flüssigkeit der Zustand, wenn die Flüssigkeit fast ihren Siedepunkt erreicht.

Im Falle einer gesättigten Flüssigkeit beginnt die gesättigte Flüssigkeit zu sieden, wenn der Druck weiter gesenkt wird und die Temperatur konstant gehalten wird. Andererseits wird die Flüssigkeit unterkühlt, wenn der Druck über ihren Sättigungsdruck am Siedepunkt erhöht wird.

F. Warum ist eine Unterkühlung in einem Kühlsystem wünschenswert?

Ans:A unterkühlte Flüssigkeit erhöht die Energieeffizienz einer Kälteanlage, da sie ein geringeres spezifisches Volumen hat

Das Kältemittel wird im Verflüssiger unterkühlt, um eine vorzeitige Verdampfung des Kältemittels zu vermeiden, bevor es zum Expansionsgerät gelangt.

Wenn keine geeignete Verflüssigeroberfläche vorhanden ist, um eine ordnungsgemäße Unterkühlung zu gewährleisten, kann das Kältemittel in den Rohrleitungen teilweise verdampfen, wenn es zum Expansionsgerät gelangt. Wenn das Kältemittel vor dem Eintritt in das Expansionsgerät teilweise verdampft, muss ein höheres Kältemittelvolumen gepumpt werden, um die gleiche Kühlung zu erreichen. Dies erhöht die Pumpkosten und damit den Energieverbrauch.