Свойства жидкостей. - раздел Образование, ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА
До Сих Пор Мы Рассматривали Газы. Но Одно И То Же Вещество В ...
До сих пор мы рассматривали газы. Но одно и то же вещество в зави-симости от соотношения между средней кинетической и средней потенци-альной энергиями частиц может находиться в одном из трех агрегатных со-стояниях: твердом, жидком или газообразном.
Это соотношение энергий определяется внешними условиями – темпе-ратурой и давлением. Условия перехода газа в жидкость определяются изо-термами состояния вещества. Изотермой называется кривая зависимости объема газа от давления при постоянной температуре.
Рассмотрим пример (рис. 2):
Рис. 2. Изотермы газа при темпера-турах Т1<T2<TКР<T3: АВ – состояние жидкости; В – точка кипения жидко-сти; С – точка сухого насыщенного пара; ВС – кипение жидкости; СП – состояние перегретого пара; К – кри-тическая точка.
Пунктирная кривая ВКС ограничивает область двухфазных состояний вещества (жидкость+пар). Эта кривая и критическая изотерма делят диа-грамму P-V под изотермой на три области. Под кривой ВКС расположена об-ласть двухфазного состояния, в которой жидкость находится в равновесии с насыщенным паром, слева от нее находится область жидкого состояния, а справа область пара. Сверху изотермы АКТКР – газообразное состояние ве-щества. Более четко эти области изображены на рисунке 3.
Рис. 3. Фазы состояния в системе жидкость + пар: Ж – жидкость, П – пар, Г – газ.
Пар (П) отличается от газообразного состояния (Г) тем, что при изо-термическом сжатии переходит в жидкое состояние. Газ же при Т>TКР не может быть превращен в жидкость ни при каком давлении. Значения PКР, VКР, TКР называются критическими параметрами газа.
Таким образом, жидкости имеют две фазы: жидкое и парообразное. Ис-парение – это процесс, происходящий с поверхности жидкости. Испарение объясняется вылетом с поверхностного слоя жидкости молекул, обладающих наибольшей скоростью и энергией. Так что в результате испарения жидкость охлаждается.
Следовательно, испарение – это эндотермический процесс высвобож-дения теплоты испарения. Естественно, если испаряется жидкость с какой-то поверхности, то охлаждается и эта поверхность.
Данное свойство жидкости используется, например, при тушении по-жаров водой: резкое испарение воды охлаждает зону горения.
Кстати, наш организм при жаркой погоде выделяет пот. Какой его смысл? А смысл в том, что при испарении пота охлаждается кожа человека, и он не перегревается.
Испарение происходит при любой температуре и возрастает при ее по-вышении до появления кипения. При температуре кипения интенсивное ис-парение происходит не только с ее поверхности, но и во всем объеме жидко-сти с образованием пузырьков пара. При этом эффект охлаждения резко воз-растает.
Если кипение происходит при постоянном давлении, то температура жидкости остается постоянной, т.к. все подводимое тепло тратиться полно-стью на парообразование (рис. 4).
Рис. 4. Термограмма нагрева жид-кости при P = const: Ткип – темпера-тура кипения.
С повышением давления в закрытом сосуде температура кипения воз-растает. Например, ТКИП воды равно 1000С при P=101,3 кПа и ТКИП=1890С при P=1013 кПа (10 атм). Такая ситуация наблюдается, в частности, в паро-вых котлах, где существует вода в жидком виде при температуре выше 1000С (это так называемая перегретая вода), либо в кастрюле-скороварке (при РИЗБ=0,2 атм, ТКИП=1200С).
Если прекратить нагрев и расходовать пар, то кипение продолжается до снижения температуры до 1000С и атмосферного давления. Если же резко сбросить давление (например, при лопнувшей трубе котла), то перегретая во-да мгновенно превращается в пар с резким скачком его давления и взрывом. Напротив, в условиях пониженного давления атмосферы температура кипе-ния снижается. Это повышает взрывоопасность горючих жидкостей, из-за повышения интенсивности испарения и создания взрывоопасных концентра-ций паров.
Каждой температуре жидкости соответствует свое максимально воз-можное количество пара над жидкостью. Это так называемый насыщенный пар, т.е. пар, находящийся в равновесии с жидкостью. Давление такого пара называется упругостью насыщенного пара. Упругость насыщенного пара – это максимально возможное количество пара в воздухе над жидкостью при данной температуре, т.е. максимальное парциальное давление. При более вы-соком содержании пар начинает конденсироваться.
С повышением температуры упругость пара возрастает. Например, для водяных паров при 00С она равна 611 Па, или 0,6 %, при 200С – 2,3%, при температуре кипения 1000С – 100% (рис. 5).
Рис. 5. Диаграмма упругости
насыщенного пара.
Зависимость давления насыщенного пара Рн от температуры жидкости Тж рассчитывается по уравнению Антуана:
lgPH = A – B/(C + Tж), (2.18)
где: А, В, С – термодинамические константы.
Это уравнение используется для оценки условий взрываемости паро-воздушных смесей.
В И ГОВОРОВ В М ПЛОТНИКОВ Е В КАРАТАЙ... ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Свойства жидкостей.
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Свойства газов.
Основное уравнение кинетической теории газов имеет вид:
, (2.1)
где: WK
Свойства газовых смесей.
При рассмотрении смесей газов добавляются понятия: «концентрация» и «парциальное давление».
1. Весовая концентрация Сi i–го газа, входящего в со
Парциальные давление и объем.
Давление – это сила, действующая на единицу поверхности. Оно прямо пропорционально числу молекул, сталкивающихся с этой поверхностью. Давление зависит не только от числа молекул, но и от скорости и
Свойства сжиженных газов.
Сжижение газов осуществляется путем охлаждения их ниже темпера-туры кипения. Промышленный метод сжижение газов основан на использо-вании положительного эффекта Джоуля-Томпсона, т.е.
Свойства твердых веществ.
Сильный нагрев твердого тела приводит к плавлению и переходу в жидкое состояние, а затем при испарении – в газ. Ряд твердых веществ может непосредственно из твердой фазы перейти в г
Химизм реакций горения.
Как Вы уже уяснили, горением называется быстропротекающая хими-ческая реакция, сопровождающаяся выделением тепла и свечением (пламе-нем). Обычно – это экзотермическая окислительная
Тепловой эффект реакции.
То, что в каждом индивидуальном веществе заключено определенное количество энергии, служит объяснением тепловых эффектов химических реакций.
По закону Гесса: Тепловой эффек
Кинетические основы газовых реакций.
По закону действующих масс скорость реакции при постоянной темпе-ратуре пропорциональна концентрации реагирующих веществ или, как гово-рят, «действующих масс».
Скоростью химической реакции
Энергия активации реакции.
Для объяснения данного явления часто пользуются следующим приме-ром (рис. 9):
На площадке лежит шар. Площадка расположена перед горкой. Поэто-му шар мог бы скатиться сам вн
Катализ.
Кроме повышения температуры и концентрации веществ, для ускоре-ния химической реакции используют катализаторы, т.е. вещества, которые вводятся в реагирующую смесь,
Адсорбция.
Адсорбция – поверхностное поглощение какого-либо вещества из га-зообразной среды или раствора поверхностным слоем другого вещества – жидкости или твердого тела.
Горение газообразных, жидких и твердых веществ.
В зависимости от агрегатного состояния горючего вещества различают горение газов, жидкостей, пылевидных и компактных твердых веществ.
Согласно ГОСТ 12.1.044-89:
1.
Гомогенное и гетерогенное горение.
Исходя из рассмотренных примеров, в зависимости от агрегатного со-стояния смеси горючего и окислителя, т.е. от количества фаз в смеси, разли-чают:
1. Гомогенное гор
Диффузионное и кинетическое горение.
По степени подготовки горючей смеси различают диффузионное и ки-нетическое горение.
Рассмотренные виды горения (кроме взрывчатки) относятся к диффу-зионному горению. Пламя,
Нормальное горение.
В зависимости от скорости распространения пламени при кинетиче-ском горении может реализоваться либо нормальное горение (в пределах не-скольких м/с), либо взрывное дефлаграционное (
Дефлаграционное (взрывное) горение.
Нормальное горение неустойчиво и в закрытом пространстве склонно к самоускорению. Причиной этому является искривление фронта пламени вследствие трения газа о стенки сосуда и изменен
Общие показатели для горючих веществ и видов горения.
Общими показателями для любых веществ и видов горения являются:
1) Группа горючести —это способность вещества или материала к го-рению. По горючести вещества и материалы п
И пылевоздушных смесей.
Показателями взрывной и пожарной опасности газов, паров жидкостей и пылевоздушных смесей (пылевого облака) являются:
1) Нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения (рас
Видных веществ.
Показателями пожарной опасности при диффузионном горении твер-дых веществ и осевшей пыли являются:
1) Температура самонагревания– это самая низкая температ
Тепловое самовоспламенение (тепловой взрыв).
Самовоспламенение – это явление резкого увеличения скорости экзо-термических реакций, приводящее к самопроизвольному возникновению го-рения вещества в отсутствии ис
Самовозгорание.
Самовозгорание представляет собой процесс низкотемпературного окисления дисперсных материалов, заканчивающийся тлением или пламен-ным горением. Склонность к самовозгоранию веществ о
Цепное самовоспламенение (цепной взрыв).
По теории Аррениуса скорость химической реакций определяется чис-лом молекул, обладающей энергией активации. Однако саморазогрев горю-чей смеси при экзотермической реакции из-за нед
Зажигание.
Зажигание– это процесс инициирования начального очага горения в горючей смеси за счет ввода в смесь извне высокотемпературного источника тепловой энергии. Происхожд
Тепловая теория горения.
При адиабатическом, т.е. не сопровождающемся тепловыми потерями сгорании, весь запас химической энергии горючей системы переходит в тепловую энергию продуктов реакции. Температура п
Горение в замкнутом объеме.
При горении газов в открытой трубе и в потоке продукты реакции свободно расширяются, давление остается практически постоянным. Сжигание в замкнутом сосуде связано с ростом давления.
Движение газов при горении.
Расширение газов в пламени (по закону Гей-Люссака) приводит к тому, что горение всегда сопровождается движением газов. Обозначим через ρг – плотность исходной среды,
Факторы ускорения горения.
Различные режимы дефлаграционного горения отличаются только ско-ростью распространения пламени в связи с неодинаковым развитием повер-хности фронта пламени. Горение первоначально н
Условия возникновения взрыва.
Как мы выяснили ранее, взрывом называется химическое или физиче-ское превращение вещества, сопровождающееся крайне быстрым переходом его энергии в энергию сжатия и движения исходны
Ударные волны в инертном газе.
Ударное сжатие.При любом резком повышении давления в газе или жидкости возникает волна сжатия – ударная волна. Она распространяется по сжимаемой среде, переводя ее
Воспламенение при быстром сжатии.
Горючая среда может воспламеняться не только при введении в нагре-тый сосуд. Возможен и другой режим воспламенения, уже не самопроизволь-ного, а вынужденного – при нагревании горючей среды в сосуде
Возникновение детонации.
Ускорение горения в трубах. Для возникновения детонации необходи-ма сильная ударная волна, в которой происходит достаточное нагревание взрывчатой среды. Така
Стационарный режим распространения детонации.
Достаточно сильная ударная волна может вызвать воспламенение на-гретой ею взрывчатой среды. Однако горение, вызванное одиночным импуль-сом сжатия, может быть нестационарным. При оди
Вырождение детонации.
Концентрационные пределы детонации. Тепловые потери из зоны реакции детонационной волны в стенках приводят к отклонениям от зако-номерностей детонации, изложенных в
Концентрационные пределы распространения пламени.
Из теории горения следует, что по мере понижения содержания недос-тающего компонента горючей смеси, а с ним и температуры горения, умень-шается нормальная скорость пламени. Изложенн
Затухание пламени в узких каналах.
Если в затухании пламени главную роль играет теплоотвод излучением, который определяет пределы распространения пламени, то для быстрогоря-щих газовых смесей радиационные потери малы
Механизм флегматизации взрывоопасных смесей.
Достаточно широко используется метод обеспечения взрывобезопасно-сти, основанный на снижении концентрации горючего меньшей нижнего концентрационного предела. Для его объя
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов