Рассмотрим, что происходит внутри накопительного водонагревателя при остывании находящейся в нём горячей воды. Примем следующие исходные данные.
Изначально бак заполняется холодной водой и давление внутри него равно давлению холодной воды в системе водоснабжения. При нагреве воды её объём увеличивается. Так как объём бака постоянен, то излишний объём воды удаляется из бака через предохранительный клапан, который открывается при давлении воды в баке 6 бар(и). Таким образом параметры горячей воды в начальный момент рассмотрения процесса её остывания составляют $t = 60\ ^{\circ}C,\ p = 6$ бар(и).
При охлаждении воды занимаемый ею объём уменьшается. Так как бак абсолютно герметичный и доступ воздуха или воды в него извне невозможен, то освободившийся от воды объём в баке будет заполнен водяным паром, образовавшимся в результате кипения воды.
from wsprops import Region1, Region2, SaturationCurve # см. [1]
sc = SaturationCurve() # кривая насыщения
r1 = Region1() # вода
r2 = Region2() # пар
V = 50e-3 # объём накопительного водонагревателя, м3
t_гор = 60 # температура горячей воды, С
t_ост = 20 # комнатная температура (температура остывшей воды), С
p_ост = sc.p_t(t_ост) # давление насыщенного пара при температуре t_ост, Па
p_ост, 101325 / p_ост
(2339.214766776897, 43.31581752949147)
Давление над поверхностью воды в баке в конечном итоге (при достижении температуры воды $20\ ^{\circ}C$) составит p = 2339 Па - давление кипения воды (давление насыщенного водяного пара) при температуре $20\ ^{\circ}C$. Давление p = 2339 Па в 43 раза меньше нормального атмосферного давления 101325 Па.
props_гор = r1.props_tp(t_гор, 6e5) # параметры горячей воды
props_ост = r1.props_tp(t_ост, p_ост) # параметры остывшей воды
props_гор
{'T': 333.15, 'p': 600000.0, 'h': 251641.5087634042, 's': 830.9077152228748, 'cp': 4181.653366882219, 'cv': 3972.4993501955755, 'v': 0.001016851364594348, 'u': 251031.39794464756, 'w': 1554.715400488642, 'x': -1}
props_ост
{'T': 293.15, 'p': 2339.214766776897, 'h': 83919.8962930407, 's': 296.5031277627531, 'cp': 4185.102490826846, 'cv': 4157.790638899885, 'v': 0.0010018425795764658, 'u': 83917.55276808457, 'w': 1483.262402648273, 'x': -1}
m = V / props_гор['v'] # масса воды в баке, кг
m
49.171394896978356
V_ост = m * props_ост['v']
V_ост * 1000 # объём остывшей воды в баке, литры
49.26199710496186
(V - V_ост) * 1000 # объём водяного пара, литры
0.7380028950381423
props_пар = r2.props_tp(t_ост, p_ост) # параметры пара
props_пар
{'T': 293.15, 'p': 2339.214766776897, 'h': 2537469.45617908, 's': 8666.124148774297, 'cp': 1905.7416292240634, 'cv': 1435.8096052273165, 'v': 57.761482803042114, 'u': 2402352.942655274, 'w': 423.18035620790897, 'x': 2}
# Отношение удельного объёма пара к удельному объёму воды
props_пар['v'] / props_ост['v']
57655.24841982768
Т.к. плотность воды при $t = 20\ ^{\circ}C$ больше плотности насыщенного пара при той же температуре более чем в 57 000 раз, то изменении массы (объёма) воды в баке в результате испарения её небольшой части можно не учитывать.
При остывании находящейся в баке 50 литров воды с $60\ ^{\circ}C$ до $20 \ ^{\circ}C$ её объём уменьшается до 49,26 литра, пространство над поверхностью воды объёмом 50-49,26=0,74 литра заполняется водяным насыщенным паром давлением 2339 Па, т.е. давление в баке падает с 6 бар(и) до давления значительно ниже атмосферного. Давление воды на дне бака составит 2339 Па + давление столба жидкости.
Инженерные расчёты на Python, С.В. Медведев, 2020-2023
Использование Python и Jupyter Notebook для инженерных расчётов, С.В. Медведев, 2020-2023