Этот метод основан на решении уравнения нестационарной диффузии при испарении ЛВЖ с поверхности разлива в неподвижную среду.

Уравнение, описывающее массу испарившейся ЛВЖ, имеет вид

                                                                       (9.1)

где φ_s – концентрация насыщенных паров, об.доли; ρ_п – плотность пара,
кг×м^-3; D_t – коэффициент диффузии, м²×с^-1; F_р - площадь разлива ЛВЖ, м².

Определение φ_s, ρ_п и D_t для многокомпонентных жидкостей с неизвестными теплофизическими свойствами связано с определенными трудностями. Эти величины можно рассматривать как константы для определенных условий изучения процесса испарения ЛВЖ. В таких допущениях уравнение (9.1) можно представить в следующем виде

                                    (9.2)

где коэффициент

кг с ^-0,5.                       (9.3)

Таким образом, экспериментальное исследование для описания массы паров при испарении ЛВЖ с неизвестными теплофизическими свойствами с поверхности разлива, направлено к определению коэффициента К.

                                      (9.4)

Многочисленными экспериментальными исследованиями по изучению процессов испарения с поверхности разлива ЛВЖ, проведенными в Академии ГПС МЧС России, установлено, что при площади разлива более 0,5 м² процессами диффузии по горизонтали можно пренебречь. В таком случае можно исследовать процесс испарения в виде условно вырезанного горизонтально цилиндра на поверхности разлива ЛВЖ.

При испарении ЛВЖ в дегазированную изотермическую камеру создается избыточное давление паров, которое несложно измерить манометром. Поэтому в основу экспериментального метода определения массы испарившейся ЛВЖ положено уравнение газового состояния

                                                                                (9.5)

где P_п - избыточное давление паров в камере, создаваемое испаряющейся ЛВЖ, Па; V_к - объем камеры, в которой происходит процесс испарения, м³; m_п - масса испарившейся ЛВЖ (паров), кг; R - универсальная газовая постоянная; T_р - рабочая температура ЛВЖ, К; М - молярная масса,
кг×кмоль^-1.

Избыточное давление паров, создаваемое испаряющейся ЛВЖ, можно определить при помощи U-образного водяного манометра.

Решение уравнения (7.16) относительно значения m_п позволяет получить расчетную формулу для экспериментального определения массы испарившейся ЛВЖ

m_п = 1,18×10^-3 М V_к h / T_р,                          (9.6)

где h - показания U-образного водяного манометра, мм вод. ст.

Опыты проводят на лабораторной установке, схема которой показана на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Схема

лабораторной установки:

1 - U–образный манометр; 2 - крышка с краном; 3, 5, 7, 10 - краны; 4 - микрокомпрессор; 6 - ультратермостат; 8 - емкость; 9 – испарительная камера объемом 7,67×10^-4 м³ (поверхность испарения 2,37×10^–3 м²); 11 – сосуд для нагрева ЛВЖ

Установка состоит из камеры 9, объемом 7,67×10^-4 м³, где происходит испарение исследуемой ЛВЖ с поверхности испарения равной 2,37×10^–3 м².  Давление паров испаряющейся ЛВЖ фиксируют по U-образному водяному манометру 1. Сосуд 11 предназначен для предварительного нагрева исследуемой ЛВЖ. Ультратермостат 6 обеспечивает изотермический режим проведения опытов благодаря циркуляции воды в рубашках сосуда 11 и в испарительной камере 9. Микрокомпрессор 4 служит для продувки испарительной камеры от паров ЛВЖ после окончания проведения опытов.

Порядок выполнения работы

1. Заготовить в тетради журнал испытаний по следующей форме:

Ж У Р Н А Л

результатов определения массы паров при

испарении ЛВЖ _______________________________ в неподвижную среду

                             (наименование или состав раствора ЛВЖ)

o Рабочая температура ЛВЖ, t_p = ____^oC.

o Атмосферное давление, P_атм = ____кПа.

o Объем испарительной камеры, V_к = 7,67×10^-4 м³.

o Поверхность  испарения ЛВЖ,  F_р = 2,37×10^–3 м².  

o Универсальная газовая постоянная; R= 8,31434 Дж/(кмоль • К).

o Молярная масса, М = ________кг×кмоль^-1 (принять по значению наиболее летучего компонента, входящего с состав ЛВЖ).

Таблица 9.1

Результаты измерений и расчетов

2. По указанию преподавателя получить у лаборанта исследуемую ЛВЖ и записать в журнал заданную температуру проведения опыта.

3. Методика проведения опыта:

3.1. Снять с сосуда 11 (см. рис. 9.1) крышку 2 и налить в него примерно 20 мл исследуемой ЛВЖ. При этом кран 10 должен быть закрыт, остальные краны - открыты. Сосуд 11 закрывать крышкой 2 не следует.

3.2. Включить микрокомпрессор и продувать в течение 5 мин испарительную камеру от возможных остаточных паров предыдущего опыта.

3.3. Настроить ультратермостат 6 на заданную температуру проведения опыта и с разрешения лаборанта включить его. После достижения требующейся температуры в термостате подогрев ЛВЖ в сосуде 11 осуществлять в течение 10 мин.

3.4. Перевести краны 7 и 5 в положение "Закрыто". Крышкой 2 закрыть сосуд 11. Открыть краны 10 и 3, включить секундомер. После того как вся ЛВЖ перетечет в испарительную камеру, краны 3 и 10, установленные на сосуде 11, перевести в положение "Закрыто".

3.5. В таблицу 9.1 записывать показания U-образного водяного манометра через каждую минуту в течение 10 минут.

3.6. После окончания опыта выключить ультратермостат 6, снять с емкости 11 крышку 2, перевести все краны в положение "Открыто", предварительно подставив под кран 7 емкость 8; включить микрокомпрессор и в течение 20 мин продувать испарительную камеру.

4. Обработка опытных данных:

o по формуле (9.6) определить массу паров испарившейся ЛВЖ. Результаты расчетов занести в табл. 9.1;

o значение коэффициента К рассчитать по формуле (9.4) для каждого показания U-образного водяного манометра. Результаты расчетов занести в табл. 9.1;

o определить среднее значение коэффициента К_ср;

o написать уравнение для расчета удельной массы испарения исследуемой ЛВЖ с поверхности разлива в неподвижную среду, кг м^-2 с^-1:

где К_ср – экспериментально установленное среднее значение.

Далее следует записать, что данное уравнение справедливо при температуре испарения равной ___ ^оС для ____________(привести название исследуемой ЛВЖ и имеющиеся на неё паспортные данные).