Предложено учитывать их вклад в интегральную изобарную теплоемкость, в том числе и при фазовом переходе. <...> Изменение структуры воды с ростом температуры и давления определяет минимальный удельный объем воды при 4 °С, особенности поведения теплоемкости, диффузии, скорости звука и т. п. в околокритической области. <...> Уравнение идеального газа и свободные молекулы воды . <...> Влияние структуры на ионное произведение воды . <...> Свободная энергия, структура и ионное произведение воды . <...> Теплофизические параметры воды и пара на линии насыщения . <...> Энтальпия, внутренняя энергия, скрытая теплота парообразования и структура воды . <...> Диэлектрическая постоянная и водное число на линии насыщения . <...> Изобарная теплоемкость на линии насыщения и продолжение в зону СКД . <...> Свободная энергия, энтальпия и энтропия на линии насыщения. <...> Оценка коэффициента диффузии в околокритической области водного теплоносителя . <...> Изобарная теплоемкость, температуропроводность, скорость звука и структура воды . <...> Характеристики воды в особых видах существования . <...> Доля элементов структуры воды зависит от температуры, давления, фазового состояния. <...> Рассмотрено соотношение структуры воды с такими теплофизическими параметрами, как энтальпия, ионное произведение, энтропия, свободная энергия и др. <...> Проведены расчеты изобарной теплоемкости на линии насыщения и продолжения ее в область сверхкритического давления. <...> Дается анализ влияния структуры воды на величину диффузии, изобарной теплоемкости, температуропроводности, скорости звука в околокритической области воды. <...> Критическая точка воды более чем на 250 К выше, чем ожидалось путем экстраполяции из критических точек других гидридов группы 6A и значительно выше по сравнению с группой 4А (рис. <...> Критическая точка воды (температура 647 K, давление 22.06 МПа, удельный объем 322 кг /м3). <...> Теплота парообразования сводится к нулю в критической точке. <...> При переходе к третьему участку давление снижается до значения 3 п 3 При этом <...>
Вода._Структура_и_теплофизические_параметры.pdf
УДК 536.7:536.42
ББК 22.317
Т 66
Интернет-магазин
http://shop.rcd.ru
• ф и з и к а
• м а т е м а т и к а
• б и о л о г и я
• н е ф т е г а з о в ы е
т е х н о л о г и и
Третьяков Ю. М.
Вода. Структура и теплофизические параметры. — М.–Ижевск: НИЦ «Регулярная
и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований,
2013. — 552 с.
Рассмотрены общие свойства воды.
Разработана феноменологическая модель структуры воды. Рассчитаны массовые
доли элементов структуры воды в широком диапазоне изменения параметров.
Показано
соотношение внутренней энергии, энтальпии, ионного произведения,
энтропии, теплоемкости и других теплофизических параметров с элементами
структуры воды.
Величина энтальпии определяется не только температурой, но и соотношением
массы составляющих воду элементов. Предложено учитывать их вклад
в интегральную изобарную теплоемкость, в том числе и при фазовом переходе.
Изменение структуры воды с ростом температуры и давления определяет
минимальный удельный объем воды при 4 °С, особенности поведения теплоемкости,
диффузии, скорости звука и т. п. в околокритической области.
Рассмотрены модели и уравнения состояния воды без водородной связи.
Анализ сопровождается большим количеством графиков и аппроксимирующих
зависимостей.
Для инженеров и научных сотрудников, занимающихся изучением и расчетом
структуры веществ, явлений и процессов, связанных с изменением структуры
вещества, а также для студентов теплотехнических, теплофизических, физических
и химических специальностей.
ISBN 978-5-4344-0135-7
© Ю. М. Третьяков, 2013
© Ижевский институт компьютерных исследований, 2013
ББК 22.317
Стр.2
Оглавление
ПРЕДИСЛОВИЕ ....................................................................................................... 7
ВВЕДЕНИЕ. Свойства воды ............................................................................... 9
Развитие представлений о воде (9). Как появилась вода (10). Вода и человек
(11). Распространение воды в природе (15). Круговорот воды на Земле (16).
Источники воды на Земле (17). Разновидности льда (22). Удивительная талая
вода (23). Изменение объема воды при замерзании (24). Изотопы воды (25).
Фотосинтез и дыхание растений (27). Поверхностное натяжение воды (29).
Вода — растворитель (30). Использование воды в сельском хозяйстве и промышленности
(32). Сорок одна особенность воды (33). Водный мостик (37).
Ученые научились поджигать воду (37). Кавитация (38). Литература (40).
ГЛАВА 1. Модель структуры воды ................................................................. 43
1.1. Обзор литературы .............................................................................. 43
1.2. Основные элементы модели воды и методы их расчета ................ 62
1.3. Расчет элементов структуры воды при температуре 380 °C ......... 73
1.4. Расчет элементов структуры воды и результирующие графики
при температуре от 0 до 1000 °C ........................................................ 87
1.5. Изменение внутренней энергии и структуры воды ........................ 96
1.6. Предельный удельный объем ассоциатов воды и второй вириальный
коэффициент ......................................................................... 107
1.7. Уравнение идеального газа и свободные молекулы воды ........... 114
1.8. Соотношение p, v, pv и структуры воды ........................................ 125
1.9. Соотношение удельного объема и давления воды ....................... 130
Литература ............................................................................................... 134
ГЛАВА 2. Теплофизические параметры воды ........................................... 139
2.1. Составляющие изобарной теплоемкости ...................................... 139
2.2. Соотношение энтальпии и структуры воды .................................. 143
2.3. Соотношение скрытой теплоты парообразования и структуры
воды .......................................................................................................... 153
2.4. Ионное произведение воды ............................................................. 166
2.5. Влияние структуры на ионное произведение воды ...................... 174
2.6. Соотношение «энтропия–удельный объем воды» ........................ 193
2.7. Изменение энтропии системы при образовании элементов
структуры воды ....................................................................................... 198
Стр.3
4
ОГЛАВЛЕНИЕ
2.8. Энтропия и ионное произведение воды ......................................... 206
2.9. Свободная энергия, структура и ионное произведение воды ..... 210
ГЛАВА 3. Теплофизические параметры воды и пара на линии насыщения
.................................................................................................................... 231
3.1. Элементы структуры воды в паровой и жидкой фазах ................ 231
3.2. Энтальпия, внутренняя энергия, скрытая теплота парообразования
и структура воды .......................................................................... 239
3.3. Энтропия и структура воды ............................................................ 261
3.4. Диэлектрическая постоянная и водное число на линии насыщения
........................................................................................................ 271
3.5. Изобарная теплоемкость на линии насыщения и продолжение
в зону СКД .............................................................................................. 285
3.6. Удельный объем воды и пара на линии насыщения ................... 295
3.7. Свободная энергия, энтальпия и энтропия на линии
насыщения................................................................................................ 302
3.8. Коэффициент распределения примесей и элементов структуры
между водой и паром ........................................................................ 309
Литература ............................................................................................... 323
ГЛАВА 4. Уравнения состояния воды ......................................................... 325
4.1. Введение ............................................................................................ 325
4.2. Вириальные уравнения состояния воды ........................................ 327
4.3. Вода – 1 ............................................................................................. 334
4.4. Уравнение состояния жидкой фазы воды ...................................... 347
4.5. Параметры воды и льда при высоких значениях давления ......... 361
4.6. Фазовая диаграмма воды ................................................................. 377
4.7. Формы существования воды ........................................................... 393
Литература ............................................................................................... 402
ГЛАВА 5. Диффузия, изобарная теплоемкость и структура воды ........ 405
5.1 Обзор литературы ............................................................................. 405
5.2. Растворимость примесей в водном теплоносителе ...................... 410
5.3. Оценка коэффициента диффузии в околокритической области
водного теплоносителя ...................................................................... 423
5.4. Влияние коэффициента диффузии на отложение примеси в
паровых котлах СКД ............................................................................... 433
5.5. Диффузия и структура воды ........................................................... 450
5.6. Изобарная теплоемкость, температуропроводность, скорость
звука и структура воды ........................................................................... 458
5.7. Изобарная теплоемкость при высоком давлении ......................... 478
Литература ............................................................................................... 483
Стр.4
ОГЛАВЛЕНИЕ
5
ГЛАВА 6. Характеристики воды в особых видах существования ......... 486
6.1. Адсорбция воды ............................................................................... 486
6.2. Свойства связанной воды ................................................................ 501
6.3. Вода плотная ..................................................................................... 508
6.4. Вода переохлажденная .................................................................... 527
6.5. Вода как теплоноситель................................................................... 536
6.6. Сверхкритические флюиды ............................................................ 544
Литература ............................................................................................... 548
Стр.5