В открытом сосуде находятся две несмешивающиеся жидкости одна над другой, дизельное топливо и вода. Температура кипения нижней жидкости
Вопрос от пользователя
В открытом сосуде находятся две несмешивающиеся жидкости одна над другой, дизельное топливо и вода. Температура кипения нижней жидкости Тs1 =177 оС, верхней — Тs2 = 100 оС. При какой температуре начнётся кипение в сосуде?
Ответ от эксперта
1. Появление в жидкости конкурентной паровой или газовой фазы возможно при понижении местного давления менее некоторого критического значения или при локальном увеличении температуры выше значения температуры кипения в данных условиях. В первом случае фазовый переход первого рода называется кавитацией, во втором — кипением.
2. Кипение представляет собой преобразование жидкости в пар, характеризующееся образованием и ростом в жидкой фазе пузырьков насыщенного пара и газа, внутри которых происходит испарение жидкости. При нагревании жидкости растворенный в ней газ выделяется на дне и стенках сосуда, переходит в свободное состояние в виде паровоздушных полостей.
3. У двух явлений, кипения и кавитации есть несколько общих свойств. Прежде всего следует отметить существенное отличие пороговых значений давлений и температур, предсказываемых теорией и наблюдаемых на практике. Так, например, специально необработанная вода при нормальных условиях (p0 = 105 Па) вскипает при температуре Tk = 373 К. Причем эта температура настолько постоянна, что некоторое
время ее полагали некоторой фундаментальной константой и даже была введена в практику температурная шкала Цельсия, в которой величина Tk является одной из ре-перных точек.
4. Заблуждение рассеялось после того, как нагреванию подвергли очищенную и обработанную высоким внешним давлением воду, температура кипения которой была выше декларируемой в качестве константы. Стало ясно, что жидкости не являются, строго говоря, сплошными средами: в них присутствуют неоднородности или ядра (зародыши) конкурентной фазы. Именно эти «дефекты структуры» являлись причиной несоответствия теоретических и экспериментальных значений объемной прочности жидкостей.
5. На рис. 9.331 приведены зависимости давления насыщенных паров от температуры для трёх несмешивающихся жидкостей: 1 — вода; 2 — дизельное топливо; 3 -флотский мазут. Для дизельного топлива и мазута более уместен термин не «температура кипения», а «температура вспенивания». Давление насыщенных паров воды становится равным нормальному атмосферному давлению при t = 100 оС.
6. Кипение начнётся на границе раздела жидкостей при достижении критической температуры воды. Дизельное топливо при этом вспениваться не будет. Если слои жидкости не очень протяжённые, то вначале выкипит вся вода, а затем в результате вспенивания начнется интенсивный процесс превращения в пар топлива.
