Fluidphasen

Fluidphasen bezeichnet die unterschiedlichen thermodynamischen Zustände, die ein Fluid unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen annehmen kann. Typisch gehören dazu der gasförmige Zustand, der flüssige Zustand und der Superkritische Zustand, der oberhalb des kritischen Punkts sowohl gas- als auch flüssigkeitsähnliche Eigenschaften zeigt. In Mischungen können außerdem mehrere Phasen gleichzeitig koexistieren.

Die Zuordnung erfolgt über Phasendiagramme, die Druck, Temperatur und Zusammensetzung miteinander verknüpfen. Für ein reines Fluid sind der kritische Punkt und, falls vorhanden, der Tripelpunkt zentrale Merkmale eines Phasenbilds. Bei Veränderung von Druck, Temperatur oder Zusammensetzung entstehen Phasenkoexistenzbereiche, die durch Verdampfungs- oder Kondensationslinien gekennzeichnet sind. In Mehrkomponentensystemen können komplexe Grenzflächen und Phasenregelungen (wie das Leversche Gesetz) auftreten.

Wesentliche Eigenschaften der Fluidphasen unterscheiden sich stark: Dichte, Viskosität, Kompressibilität, Wärmekapazität und Oberflächenspannung ändern sich zwischen Gas, Flüssigkeit und Supercritical. Phasenübergänge zwischen Fluidphasen erfolgen in der Regel mit latenter Wärme; häufige Prozesse sind Verdampfung, Kondensation und Siedepunktwechsel. Im Superkritischen gibt es keinen scharfen Phasenwechsel, stattdessen graduelle Veränderungen der Eigenschaften.

Anwendungen reichen von der chemischen Verfahrenstechnik und Kühlung bis zur Erdölindustrie, Geowissenschaften und Umweltmodellierung. Methoden zur Untersuchung umfassen P–V–T-Messungen, Kalorimetrie, Spektroskopie sowie rechnerische Modelle wie Gleichungen zustands (EOS) und Molekulardynamik-Simulationen. Beispiele sind Wasser mit seinem Gas–Flüssig-Gleichgewicht und Kohlenstoffdioxid, das bei bestimmten Bedingungen überkritisch wird. Fluidphasenbildung ist damit zentral für Reaktoren, Trennprozesse und Fluidtransportsysteme.