Давление пара воды

Давление пара воды (0–100 °C) ^[1]
Т , °С	Т , °Ф	Р , кПа	П , торр	П , атм.
0	32	0.6113	4.5851	0.0060
5	41	0.8726	6.5450	0.0086
10	50	1.2281	9.2115	0.0121
15	59	1.7056	12.7931	0.0168
20	68	2.3388	17.5424	0.0231
25	77	3.1690	23.7695	0.0313
30	86	4.2455	31.8439	0.0419
35	95	5.6267	42.2037	0.0555
40	104	7.3814	55.3651	0.0728
45	113	9.5898	71.9294	0.0946
50	122	12.3440	92.5876	0.1218
55	131	15.7520	118.1497	0.1555
60	140	19.9320	149.5023	0.1967
65	149	25.0220	187.6804	0.2469
70	158	31.1760	233.8392	0.3077
75	167	38.5630	289.2463	0.3806
80	176	47.3730	355.3267	0.4675
85	185	57.8150	433.6482	0.5706
90	194	70.1170	525.9208	0.6920
95	203	84.5290	634.0196	0.8342
100	212	101.3200	759.9625	1.0000

Давление пара воды — это давление, оказываемое молекулами водяного пара в газообразной форме (в чистом виде или в смеси с другими газами, например воздухом). Давление насыщенного пара — это давление, при котором водяной пар находится в термодинамическом равновесии со своим конденсированным состоянием . выше давления пара вода конденсируется При давлении , а при более низком давлении она испаряется или сублимируется . Давление насыщенного пара воды увеличивается с повышением температуры и может быть определено с помощью соотношения Клаузиуса-Клапейрона . Точка кипения воды — это температура, при которой давление насыщенного пара равняется давлению окружающей среды. Вода, переохлажденная ниже нормальной точки замерзания, имеет более высокое давление пара, чем лед при той же температуре, и поэтому нестабильна.

Расчеты давления пара (насыщения) воды обычно используются в метеорологии . Зависимость температуры от давления пара обратно описывает зависимость между температурой кипения воды и давлением. Это актуально как для приготовления пищи под давлением , так и для приготовления пищи на большой высоте. Понимание давления пара также важно для объяснения дыхания и кавитации на большой высоте .

Формулы аппроксимации

Существует множество опубликованных приближений для расчета давления насыщенного пара над водой и льдом. Вот некоторые из них (в приблизительном порядке возрастания точности):

Имя

Формула

Описание

«Уравнение 1» (уравнение августа)

P=\exp \left(20.386-{\frac {5132}{T}}\right)

P

— давление пара в мм рт. ст. ,

T

— температура в Кельвинах . Константы не имеют атрибутов.

Уравнение Антуана

\log _{10}P=A-{\frac {B}{C+T}}

T

измеряется в градусах Цельсия (°C), а давление пара

P

— в мм рт. ст . Константы (без атрибутов) задаются как

$А$	$Б$	$С$	$Т мин$ , °С	$Т макс$ , °С
8.07131	1730.63	233.426	1	99
8.14019	1810.94	244.485	100	374

Августа-Роша-Магнуса Уравнение (или Магнуса-Тетенса или Магнуса)

P=0.61094\exp \left({\frac {17.625T}{T+243.04}}\right)

Температура

T

измеряется в °C, а давление пара

P

— в килопаскалях (кПа). Приведенные здесь коэффициенты соответствуют уравнению 21 Алдухова и Эскриджа (1996). ^[2]

См. также обсуждение приближений Клаузиуса-Клапейрона, используемых в метеорологии и климатологии .

Уравнение Тетенса

P=0.61078\exp \left({\frac {17.27T}{T+237.3}}\right)

T

в °C, а

P

в кПа.

Уравнение Бака .

P=0.61121\exp \left(\left(18.678-{\frac {T}{234.5}}\right)\left({\frac {T}{257.14+T}}\right)\right)

T

указано в °C, а

P

— в кПа.

Уравнение Гоффа-Грэтча (1946) . ^[3]

(Смотрите статью; слишком долго)

Точность различных формулировок

Вот сравнение точности этих различных явных формулировок, показывающих давление насыщенного пара для жидкой воды в кПа, рассчитанное при шести температурах с их процентной погрешностью из табличных значений Лиде (2005):

$Т$ (°С)	$P$ (столик)	$П$ (уравнение 1)	$П$ (Антуан)	$П$ (большой)	$П$ (Тетенс)	$П$ (Бак)	$П$ (Гофф-Грэтч)
0	0.6113	0.6593 (+7.85%)	0.6056 (-0.93%)	0.6109 (-0.06%)	0.6108 (-0.09%)	0.6112 (-0.01%)	0.6089 (-0.40%)
20	2.3388	2.3755 (+1.57%)	2.3296 (-0.39%)	2.3334 (-0.23%)	2.3382 (+0.05%)	2.3383 (-0.02%)	2.3355 (-0.14%)
35	5.6267	5.5696 (-1.01%)	5.6090 (-0.31%)	5.6176 (-0.16%)	5.6225 (+0.04%)	5.6268 (+0.00%)	5.6221 (-0.08%)
50	12.344	12.065 (-2.26%)	12.306 (-0.31%)	12.361 (+0.13%)	12.336 (+0.08%)	12.349 (+0.04%)	12.338 (-0.05%)
75	38.563	37.738 (-2.14%)	38.463 (-0.26%)	39.000 (+1.13%)	38.646 (+0.40%)	38.595 (+0.08%)	38.555 (-0.02%)
100	101.32	101.31 (-0.01%)	101.34 (+0.02%)	104.077 (+2.72%)	102.21 (+1.10%)	101.31 (-0.01%)	101.32 (0.00%)

Более подробное обсуждение точности и неточностей измерений температуры представлено в работе Алдухова и Эскриджа (1996). Анализ здесь показывает, что простая формула без указания причин и уравнение Антуана достаточно точны при 100 ° C, но довольно плохи при более низких температурах выше точки замерзания. Тетенс намного точнее в диапазоне от 0 до 50 °C и очень конкурентоспособен при 75 °C, но Antoine превосходит его при 75 °C и выше. Формула без атрибутов должна иметь нулевую погрешность при температуре около 26 °C, но имеет очень низкую точность за пределами узкого диапазона. Уравнения Тетенса, как правило, гораздо более точны и, возможно, более просты для использования при повседневных температурах (например, в метеорологии). Как и ожидалось, ^{[ нужны разъяснения ]} Уравнение Бака для $T$ > 0 °C значительно точнее, чем уравнение Тетенса, и его превосходство заметно возрастает выше 50 °C, хотя его сложнее использовать. Уравнение Бака даже превосходит более сложное уравнение Гоффа-Грэтча в диапазоне, необходимом для практической метеорологии.

Численные приближения

Для серьезных вычислений Лоу (1977) ^[4] разработал две пары уравнений для температур выше и ниже точки замерзания с разным уровнем точности. Все они очень точны (по сравнению с Клаузиусом-Клапейроном и Гоффом-Грэтчем ), но используют вложенные полиномы для очень эффективных вычислений. Однако есть более поздние обзоры возможно более эффективных препаратов, в частности Wexler (1976, 1977), ^[5]^[6] сообщили Флатау и др. (1992). ^[7]

Примеры современного использования этих формул можно дополнительно найти в модели GISS Model-E НАСА и в Seinfeld and Pandis (2006). Первое представляет собой чрезвычайно простое уравнение Антуана, а второе — полином. ^[8]

В 2018 году Хуан разработал и протестировал новую формулу аппроксимации, основанную на физике. ^[9] который также рассматривает другие недавние попытки.

Графическая зависимость давления от температуры

См. также

Ссылки

^ Лиде, Дэвид Р., изд. (2004). Справочник CRC по химии и физике (85-е изд.). ЦРК Пресс. стр. 6–8. ISBN 978-0-8493-0485-9 .
^ Алдухов О.А.; Эскридж, Р.Э. (1996). «Улучшенная аппроксимация давления насыщенного пара в форме Магнуса» . Журнал прикладной метеорологии . 35 (4): 601–9. Бибкод : 1996JApMe..35..601A . doi : 10.1175/1520-0450(1996)035<0601:IMFAOS>2.0.CO;2 .
^ Гофф Дж. А. и Гратч С. 1946. Свойства воды при низком давлении от -160 до 212 ° F. В «Трудах Американского общества инженеров по отоплению и вентиляции», стр. 95–122, представленных на 52-м ежегодном собрании Американского общества инженеров по отоплению и вентиляции, Нью-Йорк, 1946 г.
^ Лоу, PR (1977). «Аппроксимирующий полином для расчета давления насыщенного пара» . Журнал прикладной метеорологии . 16 (1): 100–4. Бибкод : 1977JApMe..16..100L . doi : 10.1175/1520-0450(1977)016<0100:AAPFTC>2.0.CO;2 .
^ Векслер, А. (1976). «Формулировка давления пара для воды в диапазоне от 0 до 100 ° C. Пересмотр» . Журнал исследований Национального бюро стандартов . Раздел A. 80А (5–6): 775–785. дои : 10.6028/jres.080a.071 . ПМК 5312760 . ПМИД 32196299 .
^ Векслер, А. (1977). «Рецептура давления пара для льда» . Журнал исследований Национального бюро стандартов . Раздел A. 81А (1): 5–20. дои : 10.6028/jres.081a.003 . ПМЦ 5295832 .
^ Флатау, П.Дж.; Уолко, РЛ; Коттон, WR (1992). «Полином соответствует давлению насыщенного пара» . Журнал прикладной метеорологии . 31 (12): 1507–13. Бибкод : 1992JApMe..31.1507F . doi : 10.1175/1520-0450(1992)031<1507:PFTSVP>2.0.CO;2 .
^ Клеменци, Роберт. «Водяной пар – Формулы» . mc-computing.com .
^ Хуан, Цзяньхуа (2018). «Простая точная формула для расчета давления насыщенного пара воды и льда» . Журнал прикладной метеорологии и климатологии . 57 (6): 1265–72.

Дальнейшее чтение

«Теплофизические свойства морской воды» . Библиотечные процедуры Matlab, EES и Excel VBA . Массачусетский технологический институт. 20 февраля 2017 г.
Гарнетт, Пэт; Андертон, Джон Д; Гарнетт, Памела Дж (1997). Учебное пособие по химической лаборатории для старших классов средней школы . Лонгман. ISBN 978-0-582-86764-2 .
Мерфи, DM; Куп, Т. (2005). «Обзор давления пара льда и переохлажденной воды для атмосферных применений» . Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества . 131 (608): 1539–65. Бибкод : 2005QJRMS.131.1539M . дои : 10.1256/qj.04.94 . S2CID 122365938 .
Спейт, Джеймс Г. (2004). Справочник Ланге по химии (16-е изд.). МакГроу-Хил. ISBN 978-0071432207 .

Внешние ссылки

Фёмель, Хольгер (2016). «Составы давления насыщенного пара» . Боулдер, Колорадо: Лаборатория наблюдения Земли, Национальный центр атмосферных исследований. Архивировано из оригинала 23 июня 2017 года.
«Калькулятор давления пара» . Национальная метеорологическая служба, Национальное управление океанических и атмосферных исследований.

[1] Лиде, Дэвид Р., изд. (2004). Справочник CRC по химии и физике (85-е изд.). ЦРК Пресс. стр. 6–8. ISBN 978-0-8493-0485-9 .

[hswref-2] Алдухов О.А.; Эскридж, Р.Э. (1996). «Улучшенная аппроксимация давления насыщенного пара в форме Магнуса» . Журнал прикладной метеорологии . 35 (4): 601–9. Бибкод : 1996JApMe..35..601A . doi : 10.1175/1520-0450(1996)035<0601:IMFAOS>2.0.CO;2 .

[3] Гофф Дж. А. и Гратч С. 1946. Свойства воды при низком давлении от -160 до 212 ° F. В «Трудах Американского общества инженеров по отоплению и вентиляции», стр. 95–122, представленных на 52-м ежегодном собрании Американского общества инженеров по отоплению и вентиляции, Нью-Йорк, 1946 г.

[Lowe1977-4] Лоу, PR (1977). «Аппроксимирующий полином для расчета давления насыщенного пара» . Журнал прикладной метеорологии . 16 (1): 100–4. Бибкод : 1977JApMe..16..100L . doi : 10.1175/1520-0450(1977)016<0100:AAPFTC>2.0.CO;2 .

[Wexler1976-5] Векслер, А. (1976). «Формулировка давления пара для воды в диапазоне от 0 до 100 ° C. Пересмотр» . Журнал исследований Национального бюро стандартов . Раздел A. 80А (5–6): 775–785. дои : 10.6028/jres.080a.071 . ПМК 5312760 . ПМИД 32196299 .

[Wexler1977-6] Векслер, А. (1977). «Рецептура давления пара для льда» . Журнал исследований Национального бюро стандартов . Раздел A. 81А (1): 5–20. дои : 10.6028/jres.081a.003 . ПМЦ 5295832 .

[Flatau1992-7] Флатау, П.Дж.; Уолко, РЛ; Коттон, WR (1992). «Полином соответствует давлению насыщенного пара» . Журнал прикладной метеорологии . 31 (12): 1507–13. Бибкод : 1992JApMe..31.1507F . doi : 10.1175/1520-0450(1992)031<1507:PFTSVP>2.0.CO;2 .

[8] Клеменци, Роберт. «Водяной пар – Формулы» . mc-computing.com .

[9] Хуан, Цзяньхуа (2018). «Простая точная формула для расчета давления насыщенного пара воды и льда» . Журнал прикладной метеорологии и климатологии . 57 (6): 1265–72.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

v т и Отопление, вентиляция и кондиционирование
Fundamental concepts	Air changes per hour Bake-out Building envelope Convection Dilution Domestic energy consumption Enthalpy Fluid dynamics Gas compressor Heat pump and refrigeration cycle Heat transfer Humidity Infiltration Latent heat Noise control Outgassing Particulates Psychrometrics Sensible heat Stack effect Thermal comfort Thermal destratification Thermal mass Thermodynamics Vapour pressure of water
Technology	Absorption-compression heat pump Absorption refrigerator Air barrier Air conditioning Antifreeze Automobile air conditioning Autonomous building Building insulation materials Central heating Central solar heating Chilled beam Chilled water Constant air volume (CAV) Coolant Cross ventilation Dedicated outdoor air system (DOAS) Deep water source cooling Demand controlled ventilation (DCV) Displacement ventilation District cooling District heating Electric heating Energy recovery ventilation (ERV) Firestop Forced-air Forced-air gas Free cooling Heat recovery ventilation (HRV) Hybrid heat Hydronics Ice storage air conditioning Kitchen ventilation Mixed-mode ventilation Microgeneration Passive cooling Passive daytime radiative cooling Passive house Passive ventilation Radiant heating and cooling Radiant cooling Radiant heating Radon mitigation Refrigeration Renewable heat Room air distribution Solar air heat Solar combisystem Solar cooling Solar heating Thermal insulation Thermosiphon Underfloor air distribution Underfloor heating Vapor barrier Vapor-compression refrigeration (VCRS) Variable air volume (VAV) Variable refrigerant flow (VRF) Ventilation Water heat recycling
Components	Air conditioner inverter Air door Air filter Air handler Air ionizer Air-mixing plenum Air purifier Air source heat pump Attic fan Automatic balancing valve Back boiler Barrier pipe Blast damper Boiler Centrifugal fan Ceramic heater Chiller Condensate pump Condenser Condensing boiler Convection heater Compressor Cooling tower Damper Dehumidifier Duct Economizer Electrostatic precipitator Evaporative cooler Evaporator Exhaust hood Expansion tank Fan Fan coil unit Fan filter unit Fan heater Fire damper Fireplace Fireplace insert Freeze stat Flue Freon Fume hood Furnace Gas compressor Gas heater Gasoline heater Grease duct Grille Ground-coupled heat exchanger Ground source heat pump Heat exchanger Heat pipe Heat pump Heating film Heating system HEPA High efficiency glandless circulating pump High-pressure cut-off switch Humidifier Infrared heater Inverter compressor Kerosene heater Louver Mechanical room Oil heater Packaged terminal air conditioner Plenum space Pressurisation ductwork Process duct work Radiator Radiator reflector Recuperator Refrigerant Register Reversing valve Run-around coil Sail switch Scroll compressor Solar chimney Solar-assisted heat pump Space heater Smoke canopy Smoke damper Smoke exhaust ductwork Thermal expansion valve Thermal wheel Thermostatic radiator valve Trickle vent Trombe wall TurboSwing Turning vanes Ultra-low particulate air (ULPA) Whole-house fan Windcatcher Wood-burning stove Zone valve
Measurement and control	Air flow meter Aquastat BACnet Blower door Building automation Carbon dioxide sensor Clean air delivery rate (CADR) Control valve Gas detector Home energy monitor Humidistat HVAC control system Infrared thermometer Intelligent buildings LonWorks Minimum efficiency reporting value (MERV) Normal temperature and pressure (NTP) OpenTherm Programmable communicating thermostat Programmable thermostat Psychrometrics Room temperature Smart thermostat Standard temperature and pressure (STP) Thermographic camera Thermostat Thermostatic radiator valve
Professions, trades, and services	Architectural acoustics Architectural engineering Architectural technologist Building services engineering Building information modeling (BIM) Deep energy retrofit Duct cleaning Duct leakage testing Environmental engineering Hydronic balancing Kitchen exhaust cleaning Mechanical engineering Mechanical, electrical, and plumbing Mold growth, assessment, and remediation Refrigerant reclamation Testing, adjusting, balancing
Industry organizations	AHRI AMCA ASHRAE ASTM International BRE BSRIA CIBSE Institute of Refrigeration IIR LEED SMACNA UMC
Health and safety	Indoor air quality (IAQ) Passive smoking Sick building syndrome (SBS) Volatile organic compound (VOC)
See also	ASHRAE Handbook Building science Fireproofing Glossary of HVAC terms Warm Spaces World Refrigeration Day Template:Home automation Template:Solar energy