23. Насыщенный и ненасыщенный пар. Условия образования, характеристики
Над поверхностью жидкости всегда есть пары этой жидкости, которые образуются из-за ее испарения. За счет диффузии часть молекул пара возвращается обратно в жидкость. Если число частиц, покидающих жидкость за единицу времени, больше числа частиц, возвращающихся в жидкость за тот же промежуток времени, то пар называется ненасыщенным. Если число частиц, покидающих жидкость за единицу времени, равно числу частиц, возвращающихся в жидкость за тот же промежуток времени, то пар называется насыщенным. При этом говорят, что пар находится в динамическом равновесии со своей жидкостью. Такая ситуация возможна, если, например, ограничить объем над поверхностью жидкости. Тогда испарение может происходить только до определенного предела.
Пар по своим свойствам во многом аналогичен газу, поэтому его пожарная опасность характеризуется всеми показателями пожарной опасности газов. Концентрация пара по высоте над зеркалом жидкости в открытом сосуде монотонно уменьшается от < φнас. до 0. На характер зависимости не оказывает влияние температура и вид жидкости.
Иначе ведут себя жидкости в закрытом сосуде (рис. 10.2). В этом случае пары уже не могут рассеиваться в окружающую среду. По мере испарения концентрация пара за время т0 до тиспар в свободном пространстве сосуда повышается и в итоге достигает состояния насыщения. Устанавливается динамическое равновесие, за время при котором количество испаряющихся молекул жидкости равно количеству молекул пара конденсирующихся обратно в жидкость. Такой пар называют насыщенным, а его парциальное давление - давлением насыщенного пара Ps Как правило, давление насыщенного пара обозначается Ps. Концентрация насыщенного пара во всем закрытом объеме одинакова
Давление насыщенного пара горючих жидкостей часто используется в пожарно-технических расчетах.
Зависимость давления насыщенного пара от температуры описывается уравнением Клапейрона - Клаузиуса: в дифференциальной форме:
(1)
или в интегральной форме:
(2)
где Ps - давление насыщенного пара;
Qucn - мольная теплота испарения жидкости.
Помимо уравнения Клапейрона - Клаузиуса давление насыщенных паров может быть рассчитано по эмпирическому уравнению Антуана:
lgPs = A-B/(t + C), (3)
Уравнение Антуана для большого числа горючих жидкостей приведено в справочной литературе.
24. Как меняется скорость распространения пламени по гж при изменении условий окружающей среды?
Горение жидкостей происходит только в паровой фазе. Скорость испарения и количество паров жидкости зависят от ее природы и температуры. Количество насыщенных паров над поверхностью жидкости зависит от ее температуры и атмосферного давления. В состоянии насыщения число испаряющихся молекул равно числу конденсирующихся, и концентрация пара остается постоянной. Горение паровоздушных смесей возможно только в определенном диапазоне концентраций, т.е. они характеризуются концентрационными пределами распространения пламени (НКПРП и ВКПРП).
Нижние (верхние) концентрационные пределы распространения пламени – минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания
Концентрационные пределы могут быть выражены через температуру (при атмосферном давлении). Значения температуры жидкости, при которых концентрация насыщенных паров в воздухе над жидкостью равна концентрационным пределам распространения пламени, называются температурными пределами распространения пламени (воспламенения) (нижним и верхним соответственно – НТПРП и ВТПРП).
Таким образом, процесс воспламенения и горения жидкостей можно представить следующим образом. Для воспламенения необходимо, чтобы жидкость была нагрета до определенной температуры (не меньше нижнего температурного предела распространения пламени). После воспламенения скорость испарения должна быть достаточной для поддержания постоянного горения. Эти особенности горения жидкостей характеризуются температурами вспышки и воспламенения.
Линейная скорость распространения горения жидкости зависит в основном от начальной температуры. Особенно резкое возрастание vp наблюдается при нагреве горючих жидкостей до температуры вспышки (например, нагрев солнцем стенок стенок резервуара с ГЖ), так как наибольшее значение линейной скорости для ГЖ наблюдается при температуре воспламенения и равно скорости распространения горения по паровоздушным смесям.
Если атмосферное давление, например уменьшится, это вызовет увеличение интенсивности испарения ГЖ, и как следствие, увеличение скорости горения.
Если в атмосферном воздухе (теоретически) уменьшится содержание кислорода, это приведет также к уменьшению скорости горения. К этому также приведет увеличение скорости ветра, вследствие уменьшения интенсивности испарения ГЖ.