燃燒學(xué)講義第五章可燃液體的燃燒

1、.第5章 可燃液體的燃燒5.1液體燃料的燃燒特點(diǎn)目前，液體燃料的主體是石油制品，因此討論液體燃料的燃燒主要涉及燃油的燃燒。液體燃料的沸點(diǎn)低于其燃點(diǎn)，因此液體燃料的燃燒是先蒸發(fā)，生成燃料蒸氣，然后與空氣相混合，進(jìn)而發(fā)生燃燒。與氣體燃料不同的是，液體燃料在與空氣混合前存在蒸發(fā)汽化過(guò)程。對(duì)于重質(zhì)液體燃料，還有一個(gè)熱分解過(guò)程，即燃料由于受熱而裂解成輕質(zhì)碳?xì)浠衔锖吞己?。輕質(zhì)碳?xì)浠衔镆詺鈶B(tài)形態(tài)燃燒，而碳黑則以固相燃燒形式燃燒。根據(jù)液體燃料蒸發(fā)與汽化的特點(diǎn)，可將其燃燒形式分為液面燃燒、燈芯燃燒、蒸發(fā)燃燒和霧化燃燒四種。液面燃燒是直接在液體燃料表面上發(fā)生的燃燒。若液體燃料容器附近有熱源或火源，則在輻射和對(duì)

2、流的影響下，液體表面被加熱，導(dǎo)致蒸發(fā)加快，液面上方的燃料蒸汽增加。當(dāng)其與周?chē)目諝庑纬梢欢舛鹊目扇蓟旌蠚狻⒉⑦_(dá)到著火溫度時(shí)，便可以發(fā)生燃燒。在液面燃燒過(guò)程中，若燃料蒸汽與空氣的混合狀況不好，將導(dǎo)致燃料嚴(yán)重?zé)岱纸?，其中的重質(zhì)成分通常并發(fā)生燃燒反應(yīng)，因而冒出大量黑煙，污染嚴(yán)重。它往往是災(zāi)害燃燒的形式，例如油罐火災(zāi)、海面浮油火災(zāi)等。在工程燃燒中不宜采用這種燃燒方式。燈芯燃燒是利用的吸附作用將燃油從容器中吸上來(lái)在燈芯表面生成蒸汽然后發(fā)生的燃燒。這種燃燒方式功率小，一般只用于家庭生活或其它小規(guī)模的燃燒器，例如煤油爐、煤油燈等。蒸發(fā)燃燒是令液體燃料通過(guò)一定的蒸發(fā)管道，利用燃燒時(shí)所放出的一部分熱量（如高溫

3、煙氣）加熱管中的燃料，使其蒸氣，然后再像氣體燃料那樣進(jìn)行燃燒。蒸發(fā)燃燒適宜于粘度不太大、沸點(diǎn)不太高的輕質(zhì)液體燃料，在工程燃燒中有一定的應(yīng)用。霧化燃燒是利用各種形式的霧化器把液體燃料破碎成許多直徑從幾微米到幾百微米的小液滴，懸浮在空氣中邊蒸發(fā)邊燃燒。由于燃料的蒸發(fā)表面積增加了上千倍，因而有利于液體燃料迅速燃燒。霧化燃燒是液體燃燒工程燃燒的主要方式。對(duì)于不同的液體燃料，應(yīng)依據(jù)其蒸發(fā)的難易程度不同的霧化方式。易蒸發(fā)液體燃料的霧化（例如汽油）往往采用“汽化器”來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于比較難蒸發(fā)的液體燃料，通常是使用某種噴嘴來(lái)實(shí)現(xiàn)霧化。5.2液體蒸發(fā)5.2.1液體蒸發(fā)的一般概念一切物質(zhì)都是在不斷地運(yùn)動(dòng)著，蒸發(fā)也是物

4、質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種形式。物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過(guò)程成為氣化。蒸發(fā)和沸騰都是液體的氣化現(xiàn)象，但蒸發(fā)一般指低于沸點(diǎn)的條件下在液體表面進(jìn)行的氣化，而沸騰則指液體在沸點(diǎn)時(shí)的劇烈氣化。蒸發(fā)只在液體的表面進(jìn)行，而沸騰時(shí)液體的表面和內(nèi)部同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)烈的氣化，因而液體出現(xiàn)翻滾現(xiàn)象。蒸發(fā)是液體表面分子運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)。在常溫下，一切有自由表面的液體一直都在進(jìn)行蒸發(fā)，不過(guò)速度有快有慢。如果將一種液體放進(jìn)密閉容器中，從液體表面蒸發(fā)出的分子便會(huì)逐漸聚積在容器內(nèi)的蒸氣層中。這些分子中也有少量由于撞擊其他分子或器壁而又重新進(jìn)入液體。在開(kāi)始階段，由于從表面逸出的分子多于返回液體的分子，容器內(nèi)液體的蒸氣壓逐漸上升。溫度保持不變時(shí)，容器內(nèi)液體

5、氣壓的上升是有限度的。當(dāng)蒸氣壓達(dá)到某一定值時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從液面逸出分子的數(shù)量恰好等于返回液面分子的數(shù)量，此時(shí)液相與氣相保持相對(duì)的氣液平衡（稱(chēng)為動(dòng)態(tài)平衡），這種現(xiàn)象我們稱(chēng)之為飽和狀態(tài)。此時(shí)的蒸氣稱(chēng)為飽和蒸氣，飽和蒸氣產(chǎn)生的壓力稱(chēng)飽和蒸氣壓，有時(shí)也簡(jiǎn)稱(chēng)蒸氣壓。一種物質(zhì)在一定溫度下的飽和蒸氣壓值是不變的，例如，水在20時(shí)的飽和蒸氣壓為2.33kPa。各種純物質(zhì)液體在不同溫度下的飽和蒸氣壓可在標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)中查閱到。一種液體氣化的難易程度稱(chēng)為該液體的蒸發(fā)性或揮發(fā)性。顯然，液體在一定溫度下的飽和蒸氣壓愈大，表示該液體的蒸發(fā)性愈高。對(duì)純物質(zhì)來(lái)說(shuō)，飽和蒸氣壓只決定于液體的性質(zhì)和溫度，與該物質(zhì)在氣相、液相中的數(shù)量無(wú)

6、關(guān)，例如在純物質(zhì)的氣液平衡系統(tǒng)中抽去若干蒸氣，液體將自動(dòng)蒸發(fā)一部分，以恢復(fù)原有的壓力而達(dá)到平衡。反之，如自外界加入一部分該蒸氣，則將有部分蒸氣凝結(jié)，最后仍將恢復(fù)到原來(lái)的飽和蒸氣壓。然而，當(dāng)系統(tǒng)由不純物質(zhì)如石油產(chǎn)品組成時(shí)，則液體的蒸氣壓不僅決定于液體的組成和溫度，而且還和系統(tǒng)中蒸氣和液體的數(shù)量比例有關(guān)。當(dāng)平衡的氣液相容積比例增大時(shí)，由于液體中輕質(zhì)組分大量蒸發(fā)而使液相中輕質(zhì)組分的濃度降低，蒸氣壓因而也隨著降低。溫度升高時(shí)，分子的平均動(dòng)能增加，具有逸出液體表面能力的分子數(shù)也增加。同時(shí)，由于膨脹而使液體分子間的引力減弱，具有較小能量的分子也可能從液體逸出。這兩種因素同時(shí)作用的結(jié)果，使單位時(shí)間內(nèi)從單位表

7、面上逸出的分子數(shù)大為增加。因此，只有在更高的蒸氣壓力下，才能達(dá)到液體與蒸氣的平衡。所以液體的飽和蒸氣壓總是隨著溫度的升高而顯著增大。幾種液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系見(jiàn)圖5-1。從圖上可以看出，溫度升高時(shí)，各種液體的蒸氣壓均增大。但增大的程度不同。當(dāng)液體的蒸氣壓等于外界的大氣壓時(shí)，液體開(kāi)始沸騰，與此相應(yīng)的液體溫度稱(chēng)為該液體的沸點(diǎn)。液體的蒸發(fā)能在任何溫度下進(jìn)行，但外界氣壓不變時(shí)，沸騰卻只能在一定的溫度下發(fā)生。純物質(zhì)均有固定的沸點(diǎn)。含有多種組分的液體的沸點(diǎn)隨其組成的不同而具有一定范圍。200180160140120100806040200-10 0 40 80 120 160 200 240 1 2

8、 3 4 5 6 7 81（C2H5）2O；2CH3OH；3C6H5OH；4C6H6；5H2O；6n-C7H16；7C6H5Cl；8C6H5I溫度/飽和蒸氣壓ps（kPa）圖5-1 某些液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系液體的沸點(diǎn)隨外界壓力的增加而升高，當(dāng)外壓減小，沸點(diǎn)相應(yīng)地降低，這從圖51中也很易看出。當(dāng)不指明壓力時(shí)，一般所稱(chēng)沸點(diǎn)均指液體在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.3KPa）下的沸點(diǎn)。一般在常溫下具有較高蒸氣壓的液體，其沸點(diǎn)較低。由于沸點(diǎn)較蒸氣壓易于測(cè)定，而且與蒸氣壓常呈有規(guī)律的變化，因此人們經(jīng)常使用沸點(diǎn)代替液體的飽和蒸氣壓來(lái)說(shuō)明液體的蒸發(fā)性高低。顯然，沸點(diǎn)愈低的液體，其蒸發(fā)性愈高。5.2.2蒸發(fā)的動(dòng)力

9、學(xué)基礎(chǔ)液體的蒸發(fā)實(shí)際上包括三個(gè)過(guò)程：氣化過(guò)程液體分子從液面逸出成為蒸氣分子；擴(kuò)散過(guò)程逸出的蒸氣分子在氣相介質(zhì)中分散開(kāi)來(lái)；凝結(jié)過(guò)程部分逸出的蒸氣分子經(jīng)碰撞后重新被液面吸收。燃料蒸發(fā)的程度，決定于逸出液面的分子數(shù)與重新被吸回液面的分子數(shù)之差。這個(gè)差數(shù)越大，燃料蒸發(fā)的程度就越大。燃料的蒸發(fā)速度（單位時(shí)間內(nèi)單位面積上蒸發(fā)的數(shù)量）則不僅決定于該燃料的氣化和凝結(jié)過(guò)程，而且和逸出分子的擴(kuò)散過(guò)程有密切關(guān)系。當(dāng)液體蒸發(fā)時(shí)，位于液體表面層的分子由于熱運(yùn)動(dòng)，克服了相鄰分子對(duì)它的引力，離開(kāi)液面，進(jìn)入周?chē)臻g而變?yōu)樽杂烧魵夥肿印?yīng)該看到，不是液體表面所有分子都能自由地變成蒸氣分子，只有在某一瞬間具有超過(guò)一定速度的那些分

10、子才能順利地逸出液體表面。這些分子對(duì)液面的法向速度分量，必須大到一定程度，使這些分子能夠克服液體內(nèi)相鄰分子對(duì)這些分子的引力。如以m表示液體分子的質(zhì)量，ux表示垂直于液面的x軸上分子運(yùn)動(dòng)的速度分量（即法向分量），為液體分子逸出表面層所作的功，則可以看出，液體分子蒸發(fā)時(shí)必須滿足下列條件： （5-1） 即分子的動(dòng)能應(yīng)等于或大于。假定液體在真空條件下蒸發(fā)，即氣化后不致因碰撞而被吸回液面，這種情況稱(chēng)為自由蒸發(fā)。在自由蒸發(fā)條件下，根據(jù)表克斯韋爾速度分布公式，可以計(jì)算出在1s內(nèi)，在表面層1cm3容積內(nèi)液體分子中具有速度超過(guò)ux的分子數(shù)目。舒列依今根據(jù)上述原理計(jì)算出在自由蒸發(fā)時(shí)，液體分子蒸發(fā)的速度，即每秒內(nèi)自

11、每平方厘米液面上蒸發(fā)出去的分子數(shù)n0應(yīng)為 （5-2）式中N阿佛加得羅常數(shù)；液體的比體積（單位質(zhì)量的體積）；液體的摩爾質(zhì)量；R氣體常數(shù)；li每摩爾液體的蒸發(fā)潛熱；T絕對(duì)溫度，K。因此，在自由蒸發(fā)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)自單位面積上蒸發(fā)出的液體質(zhì)量w應(yīng)為 （5-3）式中表示該液體的密度。如對(duì)該式加以修正，考慮蒸氣分子本身所占容積時(shí)，則所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)極為相符。自由蒸發(fā)只是在理論上具有一定的意義。在實(shí)際工作中，液體表面上總是有空氣或本身的蒸氣分子存在，因而液體分子在蒸發(fā)出液面后不得不碰撞其他分子。在多次碰撞之后，有部分分子被撞回液面。由于液體表面結(jié)構(gòu)具有某些類(lèi)似固體的性質(zhì)，它的表面也具有一定的“剛性”。不是

12、所有被撞回液面的分子都被吸收，而是只有部分被吸收，其余部分被彈回而仍處于蒸發(fā)狀態(tài)。假設(shè)在液體表面每立方厘米氣相層中有C0個(gè)蒸氣分子，則單位時(shí)間內(nèi)在單位面積液面上所發(fā)生的蒸氣分子撞擊次數(shù)為Z。 （5-4）式中j為常數(shù)。假定在每次撞擊中有一次被吸回液面，則在單位時(shí)間內(nèi)每平方厘米表面上被吸回液面的分子數(shù)為 （5-5）當(dāng)蒸發(fā)繼續(xù)進(jìn)行，直到平衡狀態(tài)，即蒸發(fā)出去的分子數(shù)等于被吸回的分子數(shù)，此時(shí)蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)下的蒸氣濃度稱(chēng)飽和蒸氣濃度Cs，這時(shí)的蒸氣壓力稱(chēng)飽和蒸氣壓力Ps。在飽和狀態(tài)下 （5-6）由上式及式（5-2），可以得出 （5-7）或 （5-8）即從飽和蒸氣濃度和蒸發(fā)潛熱li可以計(jì)算出撞合

13、系數(shù)1/。由上述推導(dǎo)也可以計(jì)算出在各種情況下，單位時(shí)間內(nèi)在液體表面層每平方厘米表面內(nèi)蒸發(fā)出去的分子數(shù)n，此時(shí) （5-9）將式（5-8）中代入上式后得出 （5-10）由于蒸氣分子的濃度通?？梢杂盟鼈兿鄳?yīng)的蒸氣壓表示，故式（5-10）可以寫(xiě)成蒸氣壓形式： （5-11）如計(jì)算成單位時(shí)間內(nèi)單位面積上蒸發(fā)出去的液體質(zhì)量即蒸發(fā)速度則為 （5-12）這便是純液體蒸發(fā)的重要公式。從式中可以看出，液體的蒸發(fā)速度決定于液體的溫度，在該溫度下液體的密度、摩爾蒸發(fā)潛熱和液體在氣相中的分壓與該液體的飽和蒸發(fā)壓之比。從式（5-12）可見(jiàn)，不同液體的蒸發(fā)速度隨液體溫度的升高、密度的增大而增大，但隨摩爾數(shù)的增大及蒸發(fā)潛熱的增

14、大而減小。顯然，液體的飽和蒸氣壓愈大或氣相中的分壓（或濃度）愈低，液體的蒸發(fā)速度也愈大。當(dāng)液體表面蒸氣分子的濃度為零時(shí)（即P0），上式即與式（5-3）相同，此時(shí)的蒸氣速度為最大，相當(dāng)于自由蒸發(fā)，與油品新注入密閉容器時(shí)的情況類(lèi)似。當(dāng)液體表面蒸氣分子濃度達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)（PPs）w0，液體的蒸發(fā)速度最小。密閉條件下貯油容器內(nèi)液體表面上空間的情況便與此類(lèi)似。在液體溫度一定的條件下，公式中、R、T、及l(fā)i均為常數(shù)，故式（5-12）可寫(xiě)為 （5-13）由于在一定溫度下液體的飽和蒸氣壓是不變的，故上式還可寫(xiě)成式中A及前式中w0均為常數(shù)。以上就是1803年道爾頓從實(shí)驗(yàn)中得出的有關(guān)液體蒸發(fā)的基本定律。從這個(gè)定律

15、可以看到，在一定溫度下，液體蒸發(fā)的速度決定于該液體的飽和蒸氣壓與液面上該液體蒸氣壓之差。此差值愈大，蒸發(fā)的速度也愈大。在相同條件下，液體的飽和蒸氣壓愈大，或沸點(diǎn)愈低，則液體的蒸發(fā)性愈大，蒸發(fā)愈迅速。5.2.3靜蒸發(fā)液體在容器中處于靜止?fàn)顟B(tài)，液面空氣（或其他氣體）不流動(dòng)時(shí)液體的蒸發(fā)稱(chēng)為靜蒸發(fā)。各種液體燃料在容器中貯存時(shí)的蒸發(fā)現(xiàn)象均屬靜蒸發(fā)，靜蒸發(fā)的蒸發(fā)速度一般較為緩慢。液體燃料在貯存中，容器基本上都是密封的。在密封條件下，液體靜蒸發(fā)的規(guī)律可以用前述的道爾頓蒸發(fā)定律來(lái)說(shuō)明，即單位時(shí)間內(nèi)單位面積上蒸發(fā)出的液體質(zhì)量w，與液體的飽和蒸氣壓Ps和該液體在容器內(nèi)氣相中的分壓P之差成正比，即： （5-14）在

16、燃料開(kāi)始注人清潔容器的最初瞬間，液面上燃料蒸氣的分壓P=0，此時(shí)燃料的蒸發(fā)速度最大，相當(dāng)于自由蒸發(fā)。隨著氣相中蒸氣濃度的增大，液體蒸發(fā)的速度逐漸降低，直到平衡狀態(tài)，即蒸氣壓力達(dá)到該液體在該溫度下的飽和蒸氣壓為止。此時(shí)P=Ps，蒸發(fā)的數(shù)量與凝結(jié)的數(shù)量相等（w0），容器的空間即為燃料的蒸氣所飽和。但是，如果貯存液體燃料的容器不密封，氣化的燃料分子通過(guò)孔隙不斷向外界擴(kuò)散，容器內(nèi)空間燃料氣化分子的濃度不易達(dá)到飽和，燃料便繼續(xù)蒸發(fā)直到全部液體耗盡為止。應(yīng)該注意，上述蒸發(fā)規(guī)律的基本公式在假定液體表面上無(wú)其他氣體分子存在時(shí)才是正確的。在實(shí)際工作中，液體表面總是有或多或少的空氣存在。因而，蒸發(fā)出來(lái)的燃料分子除

17、與自身分子相撞擊外，還會(huì)不時(shí)撞擊到空氣分子而被液面吸收。液體蒸發(fā)的速度顯然比只有液體分子存在時(shí)低。隨著液面上空氣壓力的增大，撞擊的機(jī)會(huì)增多，液體蒸發(fā)的速度也相應(yīng)降低，據(jù)研究，在有空氣存在的條件下，上述公式中的常數(shù)A實(shí)際上與外界壓力（液面氣體總壓力） P外成反比，用公式表示之為 （5-15）式中w為單位面積上單位時(shí)間內(nèi)的蒸發(fā)質(zhì)量；A為常數(shù)，決定于液體的性質(zhì)，如分子密度、蒸發(fā)潛熱及該液體的蒸氣擴(kuò)散系數(shù)等。蒸發(fā)是在液體表面上進(jìn)行的。因此，單位時(shí)間內(nèi)的總蒸發(fā)量總是與液體蒸發(fā)的表面積成正比，而與液體的質(zhì)量無(wú)關(guān)，用公式表示之為 （5-16）式中S為液體的總表面積。對(duì)于純物質(zhì)如苯、異辛烷等，在一定溫度下的A

18、值是固定不變的，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算出來(lái)。但是對(duì)一般由多種烴類(lèi)組成的液體燃料如汽油、煤油，A則不是常數(shù)。因?yàn)殚_(kāi)始蒸發(fā)時(shí)，首先蒸發(fā)出的是燃料中最輕的餾分。隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，液相和氣相中的成分在不斷變化，而且各種原油的成分和加工方法不同。即使牌號(hào)相同的油品其組成也可能有很大的區(qū)別。下面列舉一種航空汽油的靜蒸發(fā)數(shù)據(jù)，可供參考。從表5-1可以看出，當(dāng)外界壓力減小，溫度增加或液體表面積增大時(shí)，汽油的蒸發(fā)量都有增加。表5-1 汽油蒸發(fā)量受空氣壓、空氣溫度和蒸發(fā)表面的影響空氣壓力/kPa4小時(shí)內(nèi)汽油蒸發(fā)量/%空氣溫度0空氣溫度20蒸發(fā)表面0.5cm2蒸發(fā)表面25cm2蒸發(fā)表面0.5cm2蒸發(fā)表面25cm2100.

19、00.161.480.613.1866.70.491.501.033.5333.30.661.801.123.65在實(shí)際工作中，貯油容器往往不易做到完全密封，容器內(nèi)的蒸氣不斷通過(guò)閥門(mén)或細(xì)小孔隙向外界擴(kuò)散，從而造成蒸發(fā)損耗。在油罐等容器中貯存的液體燃料蒸發(fā)損耗的原因，除經(jīng)常的擴(kuò)散損失外，還有容器的小呼吸。小呼吸就是貯油容器內(nèi)蒸氣由于晝夜溫差而引起周期性的膨脹和收縮。膨脹時(shí)含油蒸氣逸出，收縮時(shí)新鮮空氣進(jìn)入。晝夜溫差愈大，小呼吸損失也愈大。由上述可知，要減少液體燃料的蒸發(fā)損失，最有效的途徑是降低液體的貯存溫度，在條件許可時(shí)盡量使液體在完全密封條件下貯存。同時(shí)，盡量減少液體蒸發(fā)的表面，減少液體液面上部

20、空間的容積。減少小呼吸的次數(shù)等也都是減少燃料蒸發(fā)損耗的有效措施。圖5-2 液體燃料蒸發(fā)損失測(cè)定儀器5.2.4動(dòng)蒸發(fā)液體在流動(dòng)的氣流中分散為細(xì)小顆粒的蒸發(fā)稱(chēng)為動(dòng)蒸發(fā)。液體燃料在汽油機(jī)、柴油機(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)或鍋爐中燃燒時(shí)，都是在強(qiáng)烈的空氣流中，被噴散成霧狀進(jìn)行蒸發(fā)，然后燃燒。這種在發(fā)動(dòng)機(jī)或鍋爐中燃料的蒸發(fā)現(xiàn)象均屬動(dòng)蒸發(fā)。另外，在往油罐等容器注油時(shí)會(huì)有大量燃料蒸氣逸出，卸油時(shí)會(huì)有大量新鮮空氣進(jìn)入，這種現(xiàn)象叫做大呼吸，也屬于動(dòng)蒸發(fā)。評(píng)定液體燃料在貯存運(yùn)輸和抽注過(guò)程中的蒸發(fā)損失的傾向，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)方法SHT0235。該法使用的儀器如圖5-2所示。測(cè)定時(shí)將油樣l0mL注入特制試管并稱(chēng)量其質(zhì)量，在溫度為20的

21、恒溫水浴中放置5min后，將試管與空氣計(jì)量器連通，提高壓力瓶至上面位置，控制氣流速度，使空氣l00mL強(qiáng)烈吹人試油，最后稱(chēng)量試油質(zhì)量，計(jì)算為該油的蒸發(fā)損失的質(zhì)量百分比。用這種方法對(duì)幾種液體燃料蒸發(fā)損失評(píng)定的結(jié)果列于表5-2。表5-2 液體燃料蒸發(fā)損失評(píng)定結(jié)果燃料名稱(chēng)蒸發(fā)損失/燃料名稱(chēng)蒸發(fā)損失/異戊烷15.6B-92航空汽油0.60A-66車(chē)用汽油2.2苯0.41B-100/130航空汽油1.4精餾酒精0.11A-66直餾汽油1.3柴油0.066B-95/115航空汽油1.0液體在動(dòng)蒸發(fā)時(shí)的蒸發(fā)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)在靜蒸發(fā)時(shí)的蒸發(fā)速度。這是由于在動(dòng)蒸發(fā)時(shí)，和液體表面相鄰的空氣中液體的蒸氣壓（或濃度）很難

22、達(dá)到飽和狀態(tài)的緣故。影響動(dòng)蒸發(fā)的因素很多，概括起來(lái)分為兩方面：（1）屬于液體本身性質(zhì)方面的因素，如液體燃料的沸點(diǎn)和蒸氣壓，蒸氣的擴(kuò)散系數(shù)，液體的蒸發(fā)潛熱、粘度和表面張力等。（2）屬于使用條件的因素，如周?chē)諝獾臏囟群蛪毫?、空氣流?dòng)速度、與蒸發(fā)表面有關(guān)的燃料霧化程度和分散情況（液體分散的顆粒大小與數(shù)量）以及噴嘴的構(gòu)造和噴油壓力等。由于在動(dòng)蒸發(fā)中，影響蒸發(fā)速度的因素較靜蒸發(fā)遠(yuǎn)為復(fù)雜，目前還不能得出統(tǒng)一的規(guī)律。下面就一些主要因素對(duì)燃料動(dòng)蒸發(fā)的影響進(jìn)行簡(jiǎn)要的討論。（1）燃料的沸點(diǎn)和飽和蒸氣壓圖5-3 烴的碳原子數(shù)和沸點(diǎn)的關(guān)系1環(huán)烷烴；2芳香烴；3正烷烴；4烯烴；5異構(gòu)烷烴沸點(diǎn)和飽和蒸氣壓是表示液體燃料

23、蒸發(fā)性的基本指標(biāo)。對(duì)任意一種純物質(zhì)，例如單體烴，無(wú)論是沸點(diǎn)還是各溫度下的飽和蒸氣壓均為定值。正如密度或凝固點(diǎn)一樣，它們都是物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性。因此，比較兩種單體烴蒸發(fā)性大小時(shí)，只需比較其沸點(diǎn)即可，沸點(diǎn)愈低蒸發(fā)性愈高。但如要求比較兩者在一定溫度下的蒸發(fā)性大小，則需取二者在該溫度下的蒸氣壓進(jìn)行比較，蒸氣壓愈大的蒸發(fā)性愈高。當(dāng)碳原子數(shù)相同時(shí)，各種烴類(lèi)中芳香烴的沸點(diǎn)最高，環(huán)烷烴和正烷烴次之，烯烴和異構(gòu)烷烴的沸點(diǎn)最低。異構(gòu)體分支愈多，沸點(diǎn)也愈低。在同一烴類(lèi)系列中，沸點(diǎn)隨碳原子數(shù)增加而升高，參見(jiàn)表5-3和圖5-3。從圖5-3看出，同系物中含碳原子數(shù)愈多，即分子量愈大，沸點(diǎn)也愈高。這是因?yàn)橐后w蒸發(fā)時(shí)必須克服分子

24、間的范德華引力。各種烴類(lèi)的結(jié)構(gòu)不同，分子間的引力也不相同。引力愈大的愈不易氣化，沸點(diǎn)也愈高。在有機(jī)同系物中，分子的偶極矩相等，電離能也大致相等，所以范德華引力的大小主要決定于極化率的大小，而同系物的極化率有加和性，即相對(duì)分子質(zhì)量愈大者（碳原子愈多）極化率也愈大，所以沸點(diǎn)也愈高。表5-3 不同碳原子分子的沸點(diǎn)和蒸氣壓名稱(chēng)分子式沸點(diǎn)/60時(shí)的飽和蒸氣壓甲苯C6H5CH3110.618.5乙基環(huán)戊烷C5H9C2H5103.524.3甲基環(huán)己烷C6H11CH3100.927.0正庚烷C7H1698.428.0正庚烯C7H1493.633.22-甲基己烷C6H13CH390.137.52，2-二甲基戊烷

25、C5H10（CH3）279.254.7乙苯C6H5C2H5136.27.4乙基環(huán)己烷C6H11C2H5131.89.2正辛烷C8H18125.710.51-正辛烷C8H16121.312.42，2，4-三甲基戊烷C5H9（CH3）399.232.2由石油產(chǎn)品制成的各種液體燃料如汽油、煤油、柴油等，所含烴類(lèi)的組分，隨原油性質(zhì)及加工過(guò)程的不同而變動(dòng)很大，因而這些燃料的蒸發(fā)性通常用沸點(diǎn)范圍或餾程來(lái)表示，必要時(shí)也可以采用一定溫度下的蒸氣壓來(lái)表示。幾種常見(jiàn)燃料的沸點(diǎn)范圍列于表5-4。表5-4 幾種常見(jiàn)燃料的沸點(diǎn)范圍液體燃料沸點(diǎn)范圍/液體燃料航空汽油（79號(hào)、95號(hào)）40180輕柴油（-35號(hào)，專(zhuān)用及直餾

26、）180350車(chē)用汽油35205燃料油（重油）300以上航空煤油（1號(hào)、2號(hào)）150250石油醚30號(hào)3060魚(yú)雷燃料160250石油醚60號(hào)609燈用煤油200300酒精（工業(yè)純乙醇95.6）78輕柴油（一般）200365各種單體烴和液體燃料的蒸氣壓均隨溫度的升高而迅速增大。關(guān)于純物質(zhì)的蒸氣壓隨溫度變化的規(guī)律，曾經(jīng)有過(guò)許多研究。著名的克勞修斯克拉佩龍方程，就可用來(lái)計(jì)算不同溫度下物質(zhì)的蒸氣壓，該方程為： （5-16）式中H為液體的蒸發(fā)潛熱，V1為1mol該物質(zhì)的液相容積，V2為氣相容積。如已知該物質(zhì)的蒸發(fā)潛熱，且其蒸氣服從理想氣體，由于V1遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于V2（即：V2V1V2）則上述方程經(jīng)積分后可得

27、 （5-17）式中R為氣體常數(shù)；p1、p2為該液體在絕對(duì)溫度T1、T2時(shí)的飽和蒸氣壓值。此方程還可以寫(xiě)為： （5-17a）或 （5-17b）式中：P0平衡壓力，Pa；T溫度，k；LV蒸發(fā)熱，J/mol；C、C常數(shù)；R氣體常數(shù)，值為8.314，J·K-1·mol-1。表5-5為幾種常見(jiàn)有機(jī)化合物的LV和C值。表5-5 幾種常見(jiàn)有機(jī)化合物的LV和C值?；衔锓肿邮絃V蒸發(fā)(J/mol)C溫度范圍()正-戊烷n-C5H12275679.6116-77191甲苯C6H5CH3358669.8443-2831正-癸烷n-C10H224561210.373017173甲醇CH3OH37

28、53110.7647-44224乙醇C2H5OH4043610.9523-31242苯n-C6H634.0529.9586-37290程光鉞等在比較了大量蒸氣壓的公式后，認(rèn)為安頓（Anloine）方程最適用，該式形式簡(jiǎn)單，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，即 （5-18）式中p為該烴在t時(shí)的蒸氣壓，a、b、c均為常數(shù)。對(duì)于每種不同的烴，這些常數(shù)均有不同值，它們可以在一些理化手冊(cè)中找到。也可以用三個(gè)實(shí)測(cè)的蒸氣壓值來(lái)確定三個(gè)常數(shù)，然后用它來(lái)計(jì)算其他溫度下的蒸氣壓值。例如，在一般壓力下的正戊烷，安頓方程為 （5-19）式中p單位為kPa，t單位為。上述兩個(gè)方程也可用來(lái)計(jì)算不同壓力下液體的沸點(diǎn)。圖5-4 液體燃料的蒸氣壓

29、與溫度的關(guān)系1航空汽油；2航空煤油；3車(chē)用汽油；4裂化汽油；5輕煤油；6重煤油對(duì)于汽油、煤油等含有混合烴類(lèi)的燃料，當(dāng)溫度升高時(shí)，其蒸氣壓也隨之加大。從圖5-4可以看出，對(duì)汽油和煤油燃料，溫度在20以上時(shí)，燃料的蒸氣壓增長(zhǎng)很迅速。當(dāng)溫度在10以下時(shí)，各種燃料的蒸氣壓值均較低，而且增長(zhǎng)也較緩慢。各種液體燃料因所含組分變化較大，目前還缺乏蒸氣壓的統(tǒng)一計(jì)算公式。在計(jì)算不同壓力下的沸點(diǎn)時(shí)，采用克拉珀龍公式仍可獲得較滿意的結(jié)果，例如在大于或小于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下測(cè)得燃料的沸點(diǎn)，要換算到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的沸點(diǎn)時(shí)，必須將所測(cè)沸點(diǎn)進(jìn)行修正。此修正值可用下法求得：由于燃料的液相體積比氣相體積小很多，前述克克方程可寫(xiě)作：根

30、據(jù)氣體方程，代入上式，得出從特魯東（Trouton）法則，代入上式則或設(shè)測(cè)定時(shí)壓力為p，測(cè)得的沸點(diǎn)為t，沸點(diǎn)的修正值為C，則R8.314J/（mol·K），P101.3kPa，代入式中，得出因此，標(biāo)準(zhǔn)氣壓下的沸點(diǎn)t0應(yīng)為：t0t+C。應(yīng)該看到，上述溫度修正值只是近似的數(shù)值。（2）擴(kuò)散系數(shù)hDdxABC液體圖5-5 擴(kuò)散過(guò)程示意圖XC2C1在液體蒸發(fā)的整個(gè)過(guò)程中，氣化分子在氣相中的擴(kuò)散，對(duì)蒸發(fā)的速度有很大的影響。如果從液面蒸發(fā)出的分子不能迅速擴(kuò)散，在液體表面就很快會(huì)形成一層飽和蒸氣層，從而阻止液體的進(jìn)一步蒸發(fā)。事實(shí)上由于分子運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，氣化的分子總是不斷地向周?chē)鷶U(kuò)散，使液面難以產(chǎn)生飽和

31、蒸氣層，促使液體繼續(xù)蒸發(fā)。在開(kāi)口容器中貯存的液體，由于不斷擴(kuò)散的結(jié)果，液體得以迅速蒸發(fā)，直至全部蒸發(fā)完為止。液體燃料在靜止的或運(yùn)動(dòng)很慢的空氣中 蒸發(fā)時(shí)，蒸發(fā)的速度很大程度上決定于蒸氣分子在空間內(nèi)的擴(kuò)散速度。當(dāng)液體燃料在空氣流速很大或強(qiáng)烈渦流的條件下蒸發(fā)時(shí)蒸氣分子的擴(kuò)散速度雖然也有較大影響，但對(duì)蒸發(fā)速度起決定作用的則是氣流的速度以及渦流的強(qiáng)度。擴(kuò)散是指物質(zhì)在空間的轉(zhuǎn)移。在圖5-5中所示的開(kāi)口容器中，設(shè)液體蒸氣自液面AB向空間擴(kuò)散?？拷好嫣幍臐舛茸畲?，相當(dāng)于飽和蒸氣濃度，而在開(kāi)口處的蒸氣濃度最小，接近于空氣中的蒸氣濃度，蒸氣總是由高濃度向低濃度擴(kuò)散。取擴(kuò)散路程h中任意截面CD來(lái)看，在d瞬間內(nèi)通過(guò)

32、截面CD擴(kuò)散的蒸氣量dM是與CD截面處的蒸氣濃度梯度成正比的。用公式表示如下： （5-20）式中S圓筒的橫截面積；D蒸氣的擴(kuò)散系數(shù)；在擴(kuò)散途徑方向上的蒸氣濃度梯度（x坐標(biāo)方向系垂直于液面）。公式中的負(fù)號(hào)表示濃度是沿x方向遞減的。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于擴(kuò)散途徑單位截面積的蒸氣量稱(chēng)為擴(kuò)散速率。如用w表示蒸氣的擴(kuò)散速率，則上式可寫(xiě)為： （5-21）即蒸氣擴(kuò)散速率的絕對(duì)值等于該蒸氣的擴(kuò)散系數(shù)與蒸氣濃度梯度的乘積。如擴(kuò)散速率單位用g/（cm2·s），濃度梯度用每厘米濃度差g/（cm2·cm）表示，則擴(kuò)散系數(shù)的單位為：在一定的濃度梯度條件下，擴(kuò)散系數(shù)愈大時(shí)，蒸氣的擴(kuò)散速率也愈大。根據(jù)馬克

33、斯威爾和斯特芬等的研究，擴(kuò)散系數(shù)與蒸氣的濃度無(wú)關(guān)，但隨周?chē)橘|(zhì)的溫度和壓力而改變。當(dāng)溫度升高時(shí)，蒸氣分子運(yùn)動(dòng)的速度增加，擴(kuò)散系數(shù)因而也隨著加大。當(dāng)壓力升高時(shí)，蒸氣分子擴(kuò)散時(shí)的自由行程減小，阻力加大，因而擴(kuò)散系數(shù)減小。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，蒸氣擴(kuò)散（D）與周?chē)橘|(zhì)的溫度（T）和壓力（P）有如下關(guān)系： （5-22）式中D0表示在標(biāo)準(zhǔn)狀況或已知溫度、壓力（T0、P0）下的蒸氣擴(kuò)散系數(shù)，T、T0用絕對(duì)溫度單位表示，P、P0用帕（Pa）表示，m為常數(shù)，約為1.752.00。幾種烴類(lèi)和液體燃料在不同溫度和壓力下的擴(kuò)散系數(shù)見(jiàn)表5-6和表5-7。表5-6 液體燃料在不同溫度下的擴(kuò)散系數(shù)液體燃料擴(kuò)散系數(shù)D/（cm2/s）0

34、152030正己烷0.0755正庚烷0.0737苯0.0770.0850.0880.095甲苯0.0700.080鄰二甲苯0.062間二甲苯0.059對(duì)二甲苯0.056乙苯0.065航空汽油0.0790.0900.0930.101裂化汽油0.0900.100表5-7 壓力對(duì)燃料蒸氣擴(kuò)散系數(shù)的影響燃料15時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)/（cm2/s）101.3kPa5065kPa航空汽油0.0900.00198乙醚0.1100.00242苯0.0850.00187當(dāng)液體表面的空氣流動(dòng)時(shí)，燃料蒸氣擴(kuò)散的速率大于在靜止空氣中的擴(kuò)散速率。據(jù)研究，液體蒸氣擴(kuò)散的速率與液體表面空氣流速的平方根成正比，即當(dāng)氣流速度增加到四倍

35、時(shí)，擴(kuò)散速率增加為原來(lái)的二倍，這時(shí)因?yàn)榭諝饬魉僭黾訒r(shí)，空氣的運(yùn)動(dòng)把濃度大的蒸氣層不斷帶走，而代之以新鮮空氣和濃度很低的蒸氣，因而始終保持較高的蒸氣濃度梯度的緣故。（3）蒸發(fā)潛熱在沸點(diǎn)時(shí)，單位質(zhì)量液體變?yōu)檎魵馑璧臒崃糠Q(chēng)為該液體的蒸發(fā)潛熱，簡(jiǎn)稱(chēng)蒸發(fā)熱或氣化熱，單位常以kJ/kg表示。石油產(chǎn)品在常壓下的平均蒸發(fā)潛熱（kJ/kg）分別為：汽油290315，煤油250275，柴油190230，機(jī)械油180228。根據(jù)特魯東法則，1mol液體的蒸發(fā)潛熱（摩爾蒸發(fā)熱H）與該液體的沸點(diǎn)（絕對(duì)溫度T）成正比，即 （5-23）要準(zhǔn)確地求得K值，可采用下述公式計(jì)算：式中T為液體沸點(diǎn)的絕對(duì)溫度?？衫纾–ragoe

36、）曾建議用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算石油產(chǎn)品的蒸發(fā)潛熱： （5-24）式中H蒸發(fā)潛熱，kJ/kg；d15時(shí)燃料的密度；t燃料的平均沸點(diǎn)，即平均分子沸點(diǎn)，。石油產(chǎn)品平均沸點(diǎn)的計(jì)算方法如下：先根據(jù)餾程測(cè)定出該燃料的平均體積沸點(diǎn)t體（）， （5-25）式中t10，t90分別表示蒸出體積10，90時(shí)的溫度（），然后利用下式計(jì)算出該油品的分餾曲線斜率：圖5-6 t與分餾曲線斜率的關(guān)系從圖5-6中找出平均體積沸點(diǎn)與平均分子沸點(diǎn)之差t，然后從平均體積沸點(diǎn)中減去t，即得所求之平均分子沸點(diǎn)，也就是該燃料的平均沸點(diǎn)。液體燃料的蒸發(fā)潛熱除決定于燃料的化學(xué)組成以外，還和燃料的溫度及外界壓力有關(guān)。組成燃料的烴類(lèi)中，以芳香烴的蒸發(fā)

37、潛熱最高，異構(gòu)烷烴的最低。在同系物中，液體的蒸發(fā)潛熱隨相對(duì)分子質(zhì)量的增加而減少。由同一產(chǎn)地制得的石油產(chǎn)品，蒸發(fā)潛熱隨餾分的加重而減小。當(dāng)溫度及壓力升高時(shí)，蒸發(fā)潛熱也隨之降低。溫度對(duì)幾種烴蒸發(fā)潛熱的影響可參考表5-8。當(dāng)液體蒸發(fā)時(shí)，不僅分子的內(nèi)能增加，而且由于體積的膨脹需對(duì)外界做功，因此，必須消耗熱能。如液體不從外界取得熱量，本身的溫度要降低。表5-8 溫度對(duì)烴類(lèi)蒸發(fā)潛熱的影響燃料沸點(diǎn)/蒸發(fā)潛熱/（kJ/kg）020406080100正戊烷36.0391368355334316292正己烷68.5380367351337325306正庚烷98.3376367358346332316正辛烷125.

38、2374362348337323311苯80.1447434421408394379液體的蒸發(fā)潛熱對(duì)蒸發(fā)的速度有很大的影響。當(dāng)外界條件相同時(shí)，液體的蒸發(fā)潛熱愈高，則本身由于蒸發(fā)而降低的溫度愈多，因而蒸發(fā)的速度也愈低。從表可以看出，苯和乙醇的理化性質(zhì)很相近。但乙醇的蒸發(fā)潛熱為苯的2.2倍。結(jié)果使乙醇的蒸發(fā)率約比苯低30。當(dāng)苯蒸發(fā)97時(shí)，溫度由60下降到36，而乙醇蒸發(fā)67時(shí)，溫度則由60下降到0。（4）粘度粘度是表示液體流動(dòng)時(shí)，兩個(gè)平行液層之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力大小的指標(biāo)，也就是液體的內(nèi)摩擦系數(shù)。因而，粘度和流動(dòng)性相反，粘度大的液體流動(dòng)性小，粘度小的液體流動(dòng)性大。圖5-7 烴類(lèi)粘度與沸點(diǎn)的關(guān)

39、系如用F表示兩液層作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦力的大小。S表示摩擦面的面積，表示兩液層之間的速度梯度，表示 摩擦系數(shù)（粘度）則有下列關(guān)系：在動(dòng)蒸發(fā)條件下，液體燃料通常先霧化為細(xì)小的液體顆粒，然后迅速蒸發(fā)。燃料的粘度對(duì)燃料霧化的質(zhì)量有很大的影響。粘度小的燃料霧化時(shí)，因?yàn)樗杩朔?nèi)摩擦而消耗的力較少，所以霧化時(shí)顆粒較細(xì)，蒸發(fā)表面增大，結(jié)果使燃料的蒸發(fā)速度增大。反之，粘度大的燃料霧化較困難，蒸發(fā)速度也較低，這在低溫時(shí)影響尤為顯著。液體燃料的粘度取決于燃料的化學(xué)成分和外界的濕度、壓力。各種烴類(lèi)的粘度與沸點(diǎn)的關(guān)系見(jiàn)圖5-7。從圖中可以看出，組成燃料的各類(lèi)烴中，以烷烴粘度最小，多環(huán)烴的粘度最高。在同系物中，烴類(lèi)的相對(duì)

40、分子質(zhì)量愈大，分子間引力也愈大，因而粘度也愈大。溫度升高時(shí)，液體分子運(yùn)動(dòng)的速度增大，而分子的自由體積（即Vb，V為液體分子比體積，b為常數(shù)，約等于范德華方程中的常數(shù)b）也增加，分子間互相滑動(dòng)比較容易，且由于分子間距離增大，分子間引力相對(duì)地減弱，所以液體的粘度總是隨溫度的升高而降低。見(jiàn)圖5-8和圖5-9。圖5-8 汽油粘度與溫度的關(guān)系1，2直餾汽油；3直餾與熱裂化混合汽油；4熱裂化重質(zhì)汽油圖5-9 煤油及柴油粘度與溫度的關(guān)系1石蠟基煤油；2環(huán)烷芳香基煤油；3催化裂化柴油；4烷基環(huán)烷基柴油；5環(huán)烷芳香基柴油但是液體燃料粘度隨溫度的變化不是簡(jiǎn)單的反比關(guān)系。從圖上可以看出，當(dāng)溫度升高時(shí)，各種燃料的粘度

41、都逐漸減少而趨于一極限值，這時(shí)各種燃料的粘度相差很少。液體粘度和溫度的關(guān)系一般可用下式表示：式中液體的粘度（動(dòng)力粘度）；c常數(shù)；E每克液體分子的內(nèi)能；R氣體常數(shù)；T液體的絕對(duì)溫度。如將上式取對(duì)數(shù)，則公式可簡(jiǎn)化為：（A，B均為常數(shù)）顯然，若作lg對(duì)1/T的圖，則所得粘溫關(guān)系為一個(gè)直線。如已測(cè)得任意兩個(gè)溫度下的粘度，則可利用上式求出A，B的值，并計(jì)算其他溫度下的粘度。圖5-10 輕柴油粘度與壓力的關(guān)系外界壓力對(duì)燃料粘度的影響不及溫度的影響大。壓力由常壓增加到10.1MPa以前，燃料的粘度變化很小，通常可用忽略不計(jì)。但在現(xiàn)代的高速柴油機(jī)中，燃料以很高的壓力噴入氣缸，此時(shí)壓力對(duì)燃料的粘度由一定的影響。

42、當(dāng)壓力升高不大時(shí)，液體的體積變化很小，因此粘度變化不大。當(dāng)壓力進(jìn)一步升高至較大值時(shí)，液體分子的自由體積和分子的距離才逐漸縮小，分子間引力相對(duì)增大，因而導(dǎo)致粘度增加。（5）表面張力處在液體內(nèi)部的分子，上下四周所受其他分子引力作用是均衡的。但處在液體表面的分子，其所受液體分子的引力大于其所受的氣體分子的引力，結(jié)果產(chǎn)生一個(gè)合力，垂直指向液體內(nèi)部，使處于液體表面的分子有拉向液面內(nèi)的作用，結(jié)果使液面縮為最小。作用在液體表面單位長(zhǎng)度上的力稱(chēng)為表面張力，它的常用單位是N/m。圖5-10 烴類(lèi)表面張力與密度的關(guān)系 從上述不難看出，要使表面擴(kuò)張，必須做功來(lái)克服表面張力。每形成1m2新液面所需的功，也就是該液面的

43、表面張力，所以表面張力有時(shí)也用J/m2表示。當(dāng)液體燃料被分散為霧狀顆粒時(shí)，液面顆粒愈細(xì)，表面積愈大。在相同條件下，表面張力較小的燃料，霧化就容易，噴射時(shí)形成的顆粒愈細(xì)，結(jié)果使蒸發(fā)表面大大增加，從而使燃料的蒸發(fā)更為完善。表面張力是液體的結(jié)構(gòu)特性之一。在組成燃料的各類(lèi)烴中，以芳香烴的表面張力為最大，環(huán)烷烴次之，烷烴最小。它們的比較可參考圖5-10，據(jù)研究，燃料的餾分愈重，相對(duì)分子質(zhì)量愈大，表面張力也愈高。所以液體的表面張力均隨溫度的升高而降低。液體的表面張力是溫度的直線函數(shù)，亦即： （5-26）式中t、0分別為液體在t和標(biāo)準(zhǔn)狀況下的表面張力，為溫度系數(shù)。從表10中可以看出，對(duì)各種烴類(lèi)和燃料，值約為

44、0.080.10。燃料表面張力的大小還和燃料中所含表面活性物質(zhì)的數(shù)量多少有關(guān)。如果燃料中含有活性物質(zhì)（如瀝青直質(zhì)及其他具有極性的化學(xué)成分等）較多，則燃料的表面張力增大。如果燃料經(jīng)過(guò)精制已除去這些極性物質(zhì)，則表面張力降低。（6）空氣溫度溫度是影響液體燃料蒸發(fā)速度最重要的因素之一。無(wú)論在容器中貯存或是在發(fā)動(dòng)機(jī)中使用，液體燃料的蒸發(fā)速度在很多程度上取決于空氣溫度及周?chē)鞅诘臏囟?。前面已?jīng)講過(guò)，溫度愈高，液體的蒸發(fā)速度愈大，因而在炎熱地區(qū)和夏季氣溫高的情況下或發(fā)動(dòng)機(jī)已運(yùn)行一定時(shí)間，器壁溫度較高，燃料基本上都能很好地蒸發(fā)。而在寒冷地區(qū)和冬季氣溫條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)，燃料的蒸發(fā)性過(guò)低，便不易形成良好的可

45、燃混合氣，因而不能保證迅速點(diǎn)火。溫度升高后液體蒸發(fā)速度迅速增大的原因，主要是由于溫度升高后，分子運(yùn)動(dòng)的速度增加，逸出液體表面的分子數(shù)增多，因而增大了燃料的蒸氣壓。同時(shí)，溫度升高后，燃料的擴(kuò)散速度也迅速增大，燃料的表面張力和粘度則降低，這些都有利于在動(dòng)蒸發(fā)的條件下使燃料霧化更細(xì)密，蒸發(fā)程度也大大增加。此外，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下，燃燒室及氣缸壁或空氣的溫度提高后，霧化顆粒加熱的速度也增大，因而也導(dǎo)致蒸發(fā)程度的增加。（7）蒸發(fā)表面蒸發(fā)是在液體表面上進(jìn)行的氣化過(guò)程。因此，其他條件相同時(shí)，液體的蒸發(fā)表面愈大，單位時(shí)間內(nèi)的蒸發(fā)量也愈大。圖5-11 液流中液滴數(shù)量與液滴直徑的關(guān)系靜蒸發(fā)時(shí)的蒸發(fā)表面易于計(jì)算，因

46、而蒸發(fā)速率也可以根據(jù)蒸發(fā)的條件來(lái)計(jì)算。但在動(dòng)蒸發(fā)時(shí)，燃料通常在發(fā)動(dòng)機(jī)中被分散為許多細(xì)滴，各個(gè)細(xì)滴的直徑也不盡相同，因此，準(zhǔn)確的總蒸發(fā)面積很難估計(jì)。從圖5-11可以看出，燃料霧化的程度愈好，顆粒直徑愈小，則單位質(zhì)量燃料所占有的面積愈多。當(dāng)噴油的顆粒直徑較大時(shí)，由于顆粒數(shù)量少，故面積增加較慢。當(dāng)顆粒直徑進(jìn)一步減小時(shí)，顆粒數(shù)量大大增加，面積也迅速增加。隨著細(xì)滴半徑的減小，它的蒸發(fā)速率將增大，而對(duì)非常小的細(xì)滴，將接近于自由蒸發(fā)的速率。5.3閃燃與爆炸溫度極限5.3.1閃燃與閃點(diǎn)當(dāng)液體溫度較低時(shí)，由于蒸發(fā)速度很慢，液面上蒸氣濃度小于爆炸下限，蒸氣與空氣的混合氣體遇到火源是點(diǎn)不著的。隨著液體溫度升高，蒸氣

47、分子濃度增大，當(dāng)蒸氣分子濃度增大到爆炸下限時(shí)，蒸氣與空氣的混合氣體遇火源就能閃出火花，但隨即熄滅。這種在可燃液體的上方，蒸氣與空氣的混合氣體遇火源發(fā)生的一閃即滅的瞬間燃燒現(xiàn)象稱(chēng)為閃燃。在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，液體表面能夠產(chǎn)生閃燃的最低溫度稱(chēng)為閃點(diǎn)。 液體發(fā)生閃燃，是因?yàn)槠浔砻鏈囟炔桓撸舭l(fā)速度小于燃燒速度，蒸氣來(lái)不及補(bǔ)充被燒掉的蒸氣，而僅能維持一瞬間的燃燒。 液體的閃點(diǎn)一般要用專(zhuān)門(mén)的開(kāi)杯式或閉杯式閃點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)得。采用開(kāi)杯式閃點(diǎn)測(cè)定儀時(shí)，由于氣相空間不能象閉杯式閃點(diǎn)測(cè)定儀那樣產(chǎn)生飽和蒸氣一空氣混合物，所以測(cè)得的閃點(diǎn)要大于采用后者測(cè)得的閃點(diǎn)。開(kāi)杯式閃點(diǎn)測(cè)定儀一般適用于測(cè)定閃點(diǎn)高于100的液體，而后者適

48、用于閃點(diǎn)低于100的液體。5.3.2同類(lèi)液體閃點(diǎn)變化規(guī)律 一般地說(shuō)，可燃液體多數(shù)是有機(jī)化合物。有機(jī)化合物根據(jù)其分子結(jié)構(gòu)不同，分成若干類(lèi)。同類(lèi)有機(jī)物在結(jié)構(gòu)上相似，在組成上相差一個(gè)或多個(gè)系差。這種在組成上相差一個(gè)或多個(gè)系差且結(jié)構(gòu)上相似的一系列化合物稱(chēng)為同系列。同系列中各化合物互稱(chēng)同系物。同系物雖然結(jié)構(gòu)相似，但分子量卻不相同。分子量大的分子結(jié)構(gòu)變形大，分子間力大，蒸發(fā)困難，蒸氣濃度低，閃點(diǎn)高；否則閃點(diǎn)低。因此，同系物的閃點(diǎn)具有以下規(guī)律： （1）同系物閃點(diǎn)隨分子量增加而升高。見(jiàn)表510； （2）同系物閃點(diǎn)隨沸點(diǎn)的升高而升高，見(jiàn)表510； （3）同系物閃點(diǎn)隨比重的增大而升高，見(jiàn)表510； （4）同系物閃

49、點(diǎn)隨蒸氣壓的降低而升高，見(jiàn)表510； （5）同系物中正構(gòu)體比異構(gòu)體閃點(diǎn)高，見(jiàn)表59。碳原于數(shù)相同的異構(gòu)體中，支鏈數(shù)增多，造成空間障礙增大使分子間距離變遠(yuǎn)，從而使分子間力變小，閃點(diǎn)下降。表5-9 正構(gòu)體與異構(gòu)體的閃點(diǎn)比較物質(zhì)名稱(chēng)沸點(diǎn)（）閃點(diǎn)（）物質(zhì)名稱(chēng)沸點(diǎn)（）閃點(diǎn)（）正戊烷3640正己酮127.535異戊烷2852異己酮11917正辛烷125.616.5正丙烷9111.5異辛烷9912.5異丙烷6913氯代正丁烷7911.5氯代異丁烷7024表5-10 部分醇和芳烴的物理性能物 質(zhì)分子式分子量比重20/4沸點(diǎn)（溫度）20時(shí)的蒸氣壓力（kPa）閃電（）醇類(lèi)甲醇CH3OH320.79264.5611.827乙醇C2H6OH460.78978.45.879正丙醇C3H7OH600.80497.21.9322.5正丁醇C4H9OH740.810117.80.6334正戊醇C5H11OH880.817137.80.3746芳烴類(lèi)苯C6H6780.87380.369.97-12甲苯C6H5CH3920.866110.362.975二甲苯C6H4（CH3）21060.879146.02.18235.3.3混合液體閃點(diǎn)5.3.3.1兩種完全互溶的可燃液體的混合液體的閃點(diǎn)圖5-12 甲醇與乙醇戊酯混合液