关于水加热体积膨胀问题

在压力容器里装水，充入氮气，压力在1.6MPa左右，关闭所有阀门，加热水到199度，从液位计来看，液位为什么没有变化？从密度来看，不是应该液位上升吗。求解

加热水导致其体积膨胀是一个自然的物理现象。正常情况下，水的密度随温度升高而降低，意味着相同质量的水占用的体积会增加，从而原本应该观察到液位上升。但在你描述的情况中，液位没有变化，可能的解释如下：

1. **压力容器的限制**：容器内部除了水，还充满了氮气，且系统是封闭的，所有阀门都已关闭。当水加热膨胀时，水和氮气共同承受加热带来的影响。由于容器是固定的，水的膨胀可能导致内部气体（氮气）压力增大，压力的增加反过来又抑制了水的膨胀。

2. **水和氮气的相互作用**：在封闭系统中，氮气压力的提高可能足以抵消由于水温升高导致的体积膨胀影响，使得液位看起来未发生变化。

3. **测量误差或设备滞后**：液位计的测量精度或响应速度可能不足以精确反映加热初期的轻微液位变化。

总的来说，液位未见明显变化可能是因为容器内的综合压力响应抵消了水体积膨胀的效果，或者存在测量上的偏差。
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液位肯定是有上涨的，只是需要看液位计的测量精度是不是能够测出这个液位变化来，还有就是选用的是什么液位计，如果如图中所示的石英管液位计，不一定能测出液位变化来，太粗糙了

独孤凌云 发表于 2024-7-17 15:04
液位肯定是有上涨的，只是需要看液位计的测量精度是不是能够测出这个液位变化来，还有就是选用的是什么液位 ...

如果根据密度计算的话，是会上升四五厘米的，石英管粗糙，应该稍微会有些变化吧

V0_TIO6z 发表于 2024-7-17 15:12
如果根据密度计算的话，是会上升四五厘米的，石英管粗糙，应该稍微会有些变化吧

以密度计算，这个密度是常压下还是题中的压力下，密度受温度和压力影响

独孤凌云 发表于 2024-7-19 09:01
以密度计算，这个密度是常压下还是题中的压力下，密度受温度和压力影响

就是refprop软件中根据温度压力算出来的，不是常温

V0_TIO6z 发表于 2024-7-19 16:16
就是refprop软件中根据温度压力算出来的，不是常温

还要考虑容器的热膨胀和水的蒸发。

推测：感觉“水加热体积膨胀”这个自然现象是在常压下情况下，如果密闭空间里，水加热膨胀和气体部分膨胀可能会抵消一部分。而且气体的膨胀量远大于液体的膨胀。所以推出液位无变化或者变化不明显。

boqing_zh 发表于 2024-7-22 10:15
还要考虑容器的热膨胀和水的蒸发。

都考虑进去了

加热后容器内的压力是多少？
如果压力升高，除了水蒸气分压，或许还要考虑容器的形变。

温度升高，水密度降低。但是水的气相分压也会上高，相比与常温，会多一部分水变成蒸汽，存在于气相空间中。

做饱和水循环吗？

wx_ph0hn 发表于 2024-7-25 11:48
做饱和水循环吗？

不是

知识又增加了

尽管水在加热到199°C时体积略微膨胀，但氮气在高压下的压缩性较大，可能抵消了水的体积膨胀，因此液位变化不明显。此外，液位计在高温高压下可能存在误差。由于系统的密闭性，总体积保持不变，因此液位变化很小。