при какой температуре замерзает проточная вода

Какая температура замерзания воды под давлением и для чего это необходимо знать?

Многие помнят из курса школьной физики о том, что температура замерзания воды составляет 0°.

На самом деле это определение нуждается в уточнении – при условии воздействия нормального атмосферного давления. Последнее в значительной степени можно считать условной величиной.

О том, какова температура замерзания воды, находящейся под давлением, расскажем в статье.

Замерзает ли?

При атмосферном давлении в 760 мм рт.ст (или 0,101 МПа), вода превращается в лед уже при 0°С, как известно из школьного курса.

Но при уменьшении этого показателя меняется и точка кипения, и t°, при которой происходит превращение в лед – последняя как раз повышается.

В горах, где разреженный воздух, на определенной высоте она может уже составлять +2…+4°С. И наоборот, чем больше среда давит на воду, тем ниже находится точка замерзания на графиках.

Интересно, что при давлении в 611,73 Па совпадают температура кипения воды и плавления льда. Она составляет +0,01°С. Этот показатель называют тройной точкой воды из-за того, что она находится сразу в трех состояниях.

Считается, что при более низком показателе она просто не сможет сохранять жидкое состояние и будет превращаться в водяной пар. Причем температура плавления льда и точка замерзания воды обычно не совпадают, это разные величины.

Хотя для удобства бытовых расчетов их часто отождествляют, поскольку при 760 мм рт.ст. они как раз будут одинаковыми.

Кроме того, возможно получение и нестабильного состояния – переохлажденной жидкости. Но если в ней появится центр кристаллизации, она сразу же превратится в лед.

Температура в зависимости от показателя

Чтобы четко определить температуру замерзания, нужно сначала понять, как связаны эти 2 параметра.

Как они взаимосвязаны?

При увеличении давления, температура замерзания снижается, при уменьшении – t° растет. Существуют специальные формулы, которые помогают рассчитать конкретное значение.

Таблица таких соотношений выглядит следующим образом:

Как происходит процесс?

Снижение температуры замерзания при увеличении давления имеет физическое обоснование.

Пресная жидкость при замерзании расширяется примерно на 10%. У соленой морской воды расширение будет меньшим, но оно все равно происходит.

Поэтому, когда внешнее давление растет, то температура замерзания снижается. Суть процесса замерзания состоит в кристаллизации воды.

Но в отличие от других жидкостей, вязкость воды при увеличении давления уменьшается. Что и обусловило более медленные процессы кристаллизации.

Это объясняется структурными особенностями молекул и некоторыми механизмами взаимодействия между ними. Для того, чтобы процесс начался, нужен центр кристаллизации, состоящий из нескольких десятков молекул.

Каково давление замерзающей жидкости?

Давление замерзающей воды обусловлено тем, что происходит ее расширение. Однако давление она оказывает и в жидком виде, просто при отрицательных температурах оно увеличивается примерно на 10%.

Как влияет тип воды?

Дистиллированная влага в принципе замерзает медленнее даже при нормальном атмосферном давлении. В отличие от других видов пресной воды, она не содержит сторонних примесей.

Физики называют такую жидкость переохлажденной. Любопытно, что если постучать по сосуду с такой дистиллированной водой, она практически моментально превратится в лед.

Что касается остальных растворов, то здесь, помимо давления, важную роль играет еще и плотность – например, у соленой воды она намного выше.

Но при этом при отрицательных температурах частицы соли как бы выталкиваются. И если растопить многолетний морской лед, то окажется, что он состоит из пресной воды, даже пригодной для питья.

Применение знаний в быту человека

В основном сведения о температуре замерзания воды нужны тем, кто сталкивается с прокладкой водопровода.

Как правило, ее замерзание в таких случаях проходит не на подземном участке трубы, а над поверхностью почвы, и далее идет процесс кристаллизации уже в наземном участке.

Чтобы этого не происходило, поскольку замерзание и расширение воды выводит из строя всю систему и нарушает целостность труб, принимают активные и пассивные меры – от утепления трубы до специально обустроенной системы обогрева.

Но очень важно с самого начала правильно сделать расчеты, подбирая производительность оборудования и диаметр труб таким образом, чтобы создать такое давление, при котором вода не будет замерзать при климатических условиях, характерных для этого региона.

Заключение

Температура замерзания воды под давлением – вопрос более сложный, чем могло бы показаться на первый взгляд. Иногда даже в быту для ее расчета нужно применять громоздкие формулы или готовые таблицы соотношений.

Источник

При какой температуре замерзает проточная вода

автор вопроса выбрал этот ответ лучшим

Из школьных уроков физики всем известно, что вода замерзает и переходит в форму льда при температуре 0°.

Но если вода находится в постоянном движении, здесь начинают работать немного другие факторы.

Вода в водопроводе может вообще не замерзать, если она находится под давлением и постоянно движется, если труба водопровода утеплена или же вообще зарыта в землю.

Вообще проточная вода в водопроводах не замерзает при тех температурах, что мы наблюдаем зимой. Это происходит потому что вода постоянно циркулирует и инженерные сети изначально устроены так, чтобы вода не замерзала.

Если же вода перестает двигаться или температуры экстремальные, то есть несколько важных факторов:

В общем и целом вода замерзает при температуре ниже 0°С.

На факт замерзания воды в водопроводе, помимо температуры влияет и множество других факторов:

Поэтому точного ответа дать нельзя, не зная конкретной ситуации. А так из школьного курса физики известно, что вода начинает замерзать уже при 0 градусов по Цельсию.

Тут два фактора влияющие на это – это собственно сама температура и скорость течения воды в трубах.

Зависит от разных факторов:

1) простаивает ли вода в трубах или она проточная,

2) какой диаметр трубы,

3) какое давление в водопроводе,

4) утеплена ли труба,

5) зарыта ли в землю.

Если труда тонкая с маленьким диаметром, не утеплена, не зарыта в землю, и вода в ней стоит без движения, то замерзнет при первой минусовой температуре.

Красн­ое облак­о
[222K]

Если вода в постоянном движении, то есть работают насосы, вода циркулирует, то при температурах которые могут быть в нашем регионе она не замёрзнет вообще.

Если нет движения воды, то при ноле градусах она начнёт замерзать в трубах.

Правда трубы могут быть утеплены трубным утеплителем, могут быть нюансы.

Скорость воды в водопроводе, а также давление играет тут большую роль. Чем больше скорость, тем ближе вода к закипанию. Зато при при низкой скорости способен образоваться кристалл, который забьет трубу и остановит воду. После этого вода быстро превратится в лед и разорвет трубу. Разрыв труб происходит из-за того, что плотность льда меньше, чем у воды, соответственно, одинаковая масса льда имеет бОльший объем. После остановки вода замерзает при температуре 0С.

Проточная вода, находящаяся в постоянном движении под действием давления вряд ли может замерзнуть при условии, что труба еще и хорошо утеплена. В таком случае она не замерзнет даже в очень большие морозы. Напротив, если напор очень слабый или отсутствует, то для замерзания воды может быть достаточно и одного градуса мороза.

Это может зависеть не только от тепературы воздуха на улице но и от диаметра трубы и давления в самом водопроводе!

Замерзает ли?

При атмосферном давлении в 760 мм рт.ст (или 0,101 МПа), вода превращается в лед уже при 0°С, как известно из школьного курса.

Но при уменьшении этого показателя меняется и точка кипения, и t°, при которой происходит превращение в лед – последняя как раз повышается.

В горах, где разреженный воздух, на определенной высоте она может уже составлять +2…+4°С. И наоборот, чем больше среда давит на воду, тем ниже находится точка замерзания на графиках.

Интересно, что при давлении в 611,73 Па совпадают температура кипения воды и плавления льда. Она составляет +0,01°С. Этот показатель называют тройной точкой воды из-за того, что она находится сразу в трех состояниях.

Считается, что при более низком показателе она просто не сможет сохранять жидкое состояние и будет превращаться в водяной пар. Причем температура плавления льда и точка замерзания воды обычно не совпадают, это разные величины.

Хотя для удобства бытовых расчетов их часто отождествляют, поскольку при 760 мм рт.ст. они как раз будут одинаковыми.

Кроме того, возможно получение и нестабильного состояния – переохлажденной жидкости. Но если в ней появится центр кристаллизации, она сразу же превратится в лед.

Температура в зависимости от показателя

Чтобы четко определить температуру замерзания, нужно сначала понять, как связаны эти 2 параметра.

Как они взаимосвязаны?

При увеличении давления, температура замерзания снижается, при уменьшении – t° растет. Существуют специальные формулы, которые помогают рассчитать конкретное значение.

Таблица таких соотношений выглядит следующим образом:

Как происходит процесс?

Снижение температуры замерзания при увеличении давления имеет физическое обоснование.

Пресная жидкость при замерзании расширяется примерно на 10%. У соленой морской воды расширение будет меньшим, но оно все равно происходит.

Поэтому, когда внешнее давление растет, то температура замерзания снижается. Суть процесса замерзания состоит в кристаллизации воды.

Но в отличие от других жидкостей, вязкость воды при увеличении давления уменьшается. Что и обусловило более медленные процессы кристаллизации.

Это объясняется структурными особенностями молекул и некоторыми механизмами взаимодействия между ними. Для того, чтобы процесс начался, нужен центр кристаллизации, состоящий из нескольких десятков молекул.

В природных условиях пресная вода всегда содержит примеси – пылинки, молекулы соли и т.д. Все они могут стать центрами кристаллизации, поэтому процесс будет протекать быстрее, чем при тех же условиях, но в очищенной воде в лабораторных условиях.

Каково давление замерзающей жидкости?

Давление замерзающей воды обусловлено тем, что происходит ее расширение. Однако давление она оказывает и в жидком виде, просто при отрицательных температурах оно увеличивается примерно на 10%.

Как влияет тип воды?

Дистиллированная влага в принципе замерзает медленнее даже при нормальном атмосферном давлении. В отличие от других видов пресной воды, она не содержит сторонних примесей.

Физики называют такую жидкость переохлажденной. Любопытно, что если постучать по сосуду с такой дистиллированной водой, она практически моментально превратится в лед.

Наличие любых примесей, в том числе и тех, что находятся в минеральной воде, повышает температуру замерзания, даже, если прочие условия остаются теми же.

Что касается остальных растворов, то здесь, помимо давления, важную роль играет еще и плотность – например, у соленой воды она намного выше.

Но при этом при отрицательных температурах частицы соли как бы выталкиваются. И если растопить многолетний морской лед, то окажется, что он состоит из пресной воды, даже пригодной для питья.

Применение знаний в быту человека

В основном сведения о температуре замерзания воды нужны тем, кто сталкивается с прокладкой водопровода.

Как правило, ее замерзание в таких случаях проходит не на подземном участке трубы, а над поверхностью почвы, и далее идет процесс кристаллизации уже в наземном участке.

Чтобы этого не происходило, поскольку замерзание и расширение воды выводит из строя всю систему и нарушает целостность труб, принимают активные и пассивные меры – от утепления трубы до специально обустроенной системы обогрева.

Но очень важно с самого начала правильно сделать расчеты, подбирая производительность оборудования и диаметр труб таким образом, чтобы создать такое давление, при котором вода не будет замерзать при климатических условиях, характерных для этого региона.

Сведения об этих показателях и их соотношениях также нужны тем, кто занимается прокладкой отопительных систем. Важны они и для автомобилистов, которым приходится часто сталкиваться с замерзанием жидкости в радиаторе.

Заключение

Температура замерзания воды под давлением – вопрос более сложный, чем могло бы показаться на первый взгляд. Иногда даже в быту для ее расчета нужно применять громоздкие формулы или готовые таблицы соотношений.

А какова Ваша оценка данной статье?

Чтобы трубы не замерзали в зимнее время года необходимо правильно их выбрать

Если всё-таки труба замёрзла и повредилась, то придётся её менять. Это лишние траты из вашего кошелька. Если туба просто замерзла и нет повреждений, то можно попытаться ее отогреть. Поэтому стоит позаботиться о проблемных местах на улице под землей, где проходят ваши трубы.

Следует проверить подвал вашего дома. Если зимой в нём слишком холодно, то стоит подумать о дополнительном прогреве подвала. Далее следует утеплить все двери и окна, чтобы холодный воздух не распространялся по вашему дому. Эти правила помогут избежать понижения температуры в доме, а соответственно и замерзанию труб.

Эффективный способ как отогреть воду в пластиковой трубе

Во многих домах водоснабжение осуществляется по пластиковым трубам. Если вы обнаружили, что зимой ваша труба замёрзла, то следует её хорошенько отогреть.

Для того, чтобы это сделать, вам придётся взять:

Первым делом сделайте проволоку ровной. Приготовьте гидроуровень. Один конец проволоки заверните в петлю. Изолентой соедините петлю к трубке гидроуровня. Головка уровня должна выходить на 1 сантиметр. Возьмите изоленту и соедините проволоку с уровнем на всю длину. Оставшийся конец гидроуровня закрепите к клизме. Теперь проволоку с трубкой засуньте в пластиковую трубу, где замёрзла ваша вода. Двигайте её до момента, когда почувствуете, что упёрлись в лёд. Теперь клизмой вводите кипяток и толкайте проволоку внутрь трубы. Под конец трубопровода поставьте ведро, чтобы лилась холодная вода.

Далее удалите изоляцию с провода из меди. Сделайте несколько витков оголённым проводом на конце. Витки делайте таким образом, чтобы они были плотно друг к другу. Кусачками отрежьте лишнюю часть. Оголите вторую часть провода и намотайте также, как написано выше. В конце концов, у вас выйдет прибор, который называют «бурбулятор».

Теперь снова просовывайте проволоку в замёрзшую трубу до момента, пока почувствуете лёд. Включайте бурбулятор в розетку и протягивайте провод вдоль трубы. Компрессором постепенно откачивайте воду. Это поможет вам отогреть воду в пластиковой трубе.

Главный вопрос — как не разморозить емкость с водой

Один из популярных дедовских методов как не разморозить емкость с водой – это применение бревнышек. Для этого в емкость следует опустить бревнышки. Сегодня вместо таких бревен уже используют обычные бутылки из пластика. Их засыпают песком, закрывают на пробку и оставляют в емкости с водой на всю зиму.

Есть ещё один метод как не разморозить емкость с водой. Для этого надо вырыть яму на 2 кубометра. Далее застилаем её в два слоя полиэтиленом. Он должен быть толстым и прочным. В яму опускаем ёмкость с водой и закапываем её. Допускается оставить на поверхности пару сантиметров ёмкости.

На сегодня эти два способа являются самыми распространёнными среди дачников.

Как отогреть замерзший водопровод: 4 эффективных способа

Когда температура на улице опустилась ниже нормы, и вы заметили, что водопровод замерз, не спешите покупать новые трубы. Есть проверенные способы, которые помогут вам справиться с этой проблемой.

С помощью горячей воды

Если вы обнаружили или на 100% уверены, что участок вашего водоснабжения замёрз на «открытом» месте, где можно использовать кипяток для обогрева трубы – то используйте кипяток. Перед этим возьмите ветошь и обмотайте трубу вокруг. Она заберёт всю воды и увеличит время взаимодействия кипятка с трубой. Лейте горячую воду до момента, пока лёд полностью не растает. Чтобы ускорить процесс, можете включить кран.

Способ хорош для помещений. Если у вас замерз подземный незамерзающий трубопровод, то кипяток тут явно не поможет. Придётся осуществлять отогрев трубы таким способом на протяжении более 10 часов, чтобы лёд смог оттаять.

Использовать строительный фен

Для этого следует воспользоваться сварочным аппаратом. Чтобы отогреть трубу таким способом, надо один провод (плюс) подключить к одному концу трубы, а второй (минус) — ко второму концу. Буквально за пару минут лёд растает. Принцип работы такого способа схож с кипятильником. Преимуществом использования электрического тока в том, что греется только вода. Провода трансформатора остаются холодными. Это не позволит пластиковой трубе плавиться вместе с водой. Минус способа – нужен трансформатор.

Найти специалистов

Можно не мучиться самостоятельно, а просто вызвать профессионалов. У них в наличии будут специальные средства для отогрева льда. Например, гидродинамическая установка. Она промывает не только водопроводные трубы, но и канализационные трубы. Установка подаёт горячую воду под мощным давлением, от которого лёд постепенно тает. При большом давлении, лёд в трубе исчезает очень быстро.

Какой способ выбрать – решать вам. Учитывайте ваши возможности и способность самостоятельно разморозить трубы без происшествий. А если сомневаетесь, что сможете сделать всё правильно – лучше вызовите специалиста.

Каким способом запрещено отогревать технологические трубопроводы – опасные методы

Когда мы хотим отогреть трубу ото льда самостоятельно, то следует знать каким способом запрещено отогревать технологические трубопроводы. Запрещённый способ отогрева труб – это использовать открытый огонь. Для обогрева льда надо применять только горячую воду, пал или песок под высокой температурой.

Огонь нельзя применять, так как возникает резкое изменение температуры. Труба может просто лопнуть. Металлические трубы ещё выдержат такой способ отогрева. Но полипропиленовые или металлопластиковые трубы разорвутся.

Это может привести к пожару и возгоранию вашего дома. Не говоря уже про сами трубы. Учитывайте все меры безопасности при отогреве трубопровода и тогда вы сможете убрать лёд из труб без происшествий.

При какой температуре замерзает вода в трубах: спасаем трубы от замерзания (видео)

Стабильная работа трубопровода в доме – это результат тщательного ухода за трубами. Особенно это актуально в зимнее время. Когда наступают сильные холода, вода в трубах можно просто замёрзнуть. Если это произошло, применяйте только безопасные методы отогрева труб и тогда по вашим трубам вновь потечёт вода.

Источник

Когда замерзает водопровод?

. минимальный проток водопровод ни разу не перемерз, успешно обеспечивая водой санузлы. Несмотря на некоторую странность темы статьи, попробуем разобраться.

Для ответа на вопрос «Когда замерзает водопровод?» нет необходимости составлять очередной алгоритм и писать программу. В предыдущих публикациях на этом сайте в категории «Теплотехника» есть для этого все необходимые расчеты!

Пример. Расчет в Excel.

Условия задачи:

Проложенный по воздуху в неотапливаемом помещении участок стального водопровода без теплоизоляции длиной L =20 м выполнен из круглой трубы с наружным диаметром D =33,5 мм и с толщиной стенки s =2,8 мм. Температура окружающего воздуха (среды) t_с =-10 °С. Скорость движения воздуха v =1 м/с. Температура воды на входе в трубопровод t₁ =+5 °С. Давление воды в трубопроводе P =0,1 МПа. Коэффициент температуропроводности воды а =0,000000143 м 2 /с. Температура замерзания воды t₃ =0 °С.

1. Найти время начала замерзания воды в трубе при отсутствии расхода.

2. Вычислить минимальный расход воды, при котором водопровод не замерзает.

Решение:

1. Для вычисления плотности, теплоемкости и теплопроводности воды воспользуемся программой из статьи «Теплофизические свойства воды». В исходные данные введем среднюю температуру воды из интересующего нас диапазона +5…0 °С.

Время остывания воды (труба полностью заполнена) до критической температуры замерзания при отсутствии расхода рассчитаем по программе из статьи «Время охлаждения (нагрева)». Все исходные данные для этого у нас есть из условий задачи и предыдущего первого расчета.

Первая часть задачи решена. Время охлаждения неподвижной воды в трубопроводе до 0 °С — около 21 минуты.

Обращаю внимание и напоминаю, что выполненный расчет носит оценочный характер! В частности, теплоемкость оболочки – стенки стальной трубы – этот расчет не учитывает.

2. Минимальный теоретический расход воды, при котором водопровод не должен замерзать, рассчитаем с помощью программы из статьи «Расчет теплоотдачи трубы». Примем температуру воды на выходе из трубопровода t₂ =+1 °С. Это означает, что падение температуры воды на двадцати метрах не должно превысить | d_tтрГГ |=4 °С.

Сравнительно небольшой проток 0,015 кг/с (или примерно 0,92 л/мин) воды с температурой t₁ =+5 °С на входе обеспечит мощность притока тепловой энергии P_трГГ =256,6 Вт, которой достаточно для поддержания системы в стационарном равновесном состоянии. При этом температура воды на выходе двадцатиметровой трубы будет равна t₂ =+1 °С.

Проверка:

Рассчитанная мощность Q =262 Вт приближенно равна теплоотдаче из предыдущего третьего расчета P_трГГ =256,6 Вт, а вычисленный коэффициент теплоотдачи α =9,6 Вт/(м 2 *К) равен коэффициенту теплоотдачи из второго расчета, где его в исходных данных мы определили по скорости движения воздуха.

Ответ:

1. Замерзает водопровод при отсутствии движения воды уже через 21 минуту.

2. При расходе воды около 1 л/мин (при средней скорости движения воды

Заключение.

Конечно, в реальных условиях температуру воды +1 °С на выходе из трубопровода поддерживать нельзя. Желательно иметь запас подальше от точки кристаллизации с учетом возможных колебаний скорости и температуры, как воздуха, так и воды. Также необходимо учитывать наличие сужений и массивных теплоотводов-холодильников в виде опор трубопровода, корпусов и других деталей запорной арматуры.

Все четыре использованные в статье теплотехнические программы в Excel доступны на сайте для свободного скачивания.

Прошу уважающих труд автора скачивать файлы с программами расчетов после подписки на анонсы статей!

P. S. (25.11.2019)

Проверил в программе Agros2D результаты расчетов, выполненных в статье.

Результат: при всех тех же исходных данных и коэффициенте теплоотдачи на наружной поверхности трубы α =9,6 Вт(м 2 *К) процесс замерзания воды в трубе при отсутствии движения начнется через

23 минуты (1380 секунд). Расчет в Agros2D выполнен без учета конвективного перемешивания воды в трубе, но с учетом теплоемкости стенки трубы, которая «добавила» к предыдущему результату пару минут.

Источник