Купол насыщения

Купол насыщения — это графическое представление комбинации пара и газа, используемое в термодинамике . Его можно использовать для нахождения давления или удельного объема , если уже имеется хотя бы одно из этих свойств .

Купол насыщения использует проекцию диаграммы P– ​​v –T (давление, удельный объем и температура ) на плоскость P– v . Точки, которые создают левую сторону купола, представляют собой насыщенные жидкие состояния, в то время как точки на правой стороне представляют собой насыщенные паровые состояния (обычно называемые «сухой» областью). На левой стороне купола находится сжатая жидкость, а на правой стороне — перегретый газ. ^[1]

Внутри самого купола находится смесь жидкости и пара . Эту двухфазную область обычно называют «мокрой» областью. Процент жидкости и пара можно рассчитать, используя качество пара. ^[2] Линия тройного состояния — это место, где три фазы (твердое тело, жидкость и пар) находятся в равновесии.

Точка на самом верху купола называется критической точкой. Это точка, где встречаются линии насыщенной жидкости и насыщенного пара. За этой точкой невозможно превращение жидкости в пар. ^[3] Это также точка, где встречаются критическая температура и критическое давление. За этой точкой также невозможно различить жидкую и паровую фазы.

Состояние насыщения — это точка, в которой начинается или заканчивается фазовый переход. Например, линия насыщенной жидкости представляет собой точку, в которой любое дальнейшее добавление энергии приведет к тому, что небольшая часть жидкости превратится в пар. Аналогично, вдоль линии насыщенного пара любое удаление энергии приведет к тому, что часть пара снова сконденсируется в жидкость, образуя смесь. Когда вещество достигает линии насыщенной жидкости, обычно говорят, что оно находится в точке кипения. Температура будет оставаться постоянной, пока оно находится под постоянным давлением под куполом насыщения (кипящая вода остается при постоянной температуре 212F), пока не достигнет линии насыщенного пара. Эта линия находится там, где смесь полностью превратилась в пар. Дальнейшее нагревание насыщенного пара приведет к состоянию перегретого пара. Это происходит потому, что пар будет иметь температуру выше температуры насыщения (212F для воды) для данного давления. ^[4]

Качество пара относится к смеси пара и жидкости, которая содержится под куполом. Это качество определяется как доля общей смеси, которая является паром, на основе массы. ^[3] Полностью насыщенный пар имеет качество 100%, а насыщенная жидкость имеет качество 0%. Качество можно оценить графически, поскольку оно связано с удельным объемом или с тем, насколько далеко по горизонтали через купол находится точка. В состоянии насыщенной жидкости удельный объем обозначается как v _f , тогда как на стадии насыщенного пара он обозначается как v _g .

Качество можно рассчитать по уравнению:

${\displaystyle x={v-v_{f} \over v_ {g}-v_ {f}}}$^[5]