ИСПАРЕНИЕ


ИСПАРЕНИЕ
(парообразование), переход в-ва из конденсированной (твердой или жидкой) фазы в газообразную (пар); фазовый переход первого рода. И. твердого тела наз. сублимацией (возгонкой), а парообразование в объеме жидкости - кипением. Обычно под И. понимают парообразование на своб. пов-сти жидкости в результате теплового движения ее молекул при т-ре ниже точки кипения, соответствующей давлению газовой среды, расположенной над указанной пов-стью. При этом молекулы, обладающие достаточно большой кинетич. энергией, вырываются из поверхностного слоя жидкости в газовую среду; часть их отражается обратно и захватывается жидкостью, а остальные безвозвратно ею теряются. И. - эндотермич. процесс, при к-ром поглощается теплота фазового перехода - теплота И., затрачиваемая на преодоление сил мол. сцепления в жидкой фазе и на работу расширения при превращ. жидкости в пар. Уд. теплоту И. относят к 1 молю жидкости (молярная теплота И., Дж/моль) или к единице ее массы (массовая теплота И., Дж/кг). Скорость И. определяется поверхностной плотностью потока пара j п, проникающего за единицу времени в газовую фазу с единицы пов-сти жидкости [в моль/(с. м 2) или кг/(с. м 2)]. Наиб. значение j п достигается в вакууме. При наличии над жидкостью относительно плотной газовой среды И. замедляется вследствие того, что скорость удаления молекул пара от пов-сти жидкости в газовую среду становится малой по сравнению со скоростью испускания их жидкостью. При этом у пов-сти раздела фаз образуется слой парогазовой смеси, практически насыщенный паром. Парциальное давление и концентрация пара в данном слое выше, чем в осн. массе парогазовой смеси. Нарушение термодинамич. равновесия между жидкостью и паром, содержащимся в парогазовой смеси, объясняется скачком т-ры на границе раздела фаз. Однако обычно этим скачком можно пренебречь и принимать, что парциальное давление и концентрация пара у пов-сти раздела фаз соответствуют их значениям для насыщ. пара, имеющего т-ру пов-сти жидкости. Если жидкость и парогазовая смесь неподвижны и влияние своб. конвекции в них незначительно, удаление образовавшегося при И. пара от пов-сти жидкости в газовую среду происходит в осн. в результате мол. диффузии и появления вызываемого последней при полупроницаемой (непроницаемой для газа) пов-сти раздела фаз массового (т. наз. стефановского) потока парогазовой смеси, направленного от пов-сти жидкости в газовую среду (см. Диффузия).
261_280-40.jpg
Рис. Распределение т-р при разл. режимах испарительного охлаждения жидкости. Потоки теплоты направлены: а - от жидкой фазы к пов-сти испарения в газовую фазу; б - от жидкой фазы только к пов-сти испарения; в - к пов-сти испарения со стороны обеих фаз; г - к пов-сти испарения только со стороны газовой фазы.

Эффекты баро- и термодиффузии при инженерных расчетах обычно не учитываются, но влияние термодиффузии м. б. существенным при высокой неоднородности парогазовой смеси (при большом различии мол. масс ее компонентов) и значит. градиентах т-р. При движении одной или обеих фаз относительно пов-сти их раздела возрастает роль конвективного переноса в-ва и энергии в парогазовой смеси и жидкости. При отсутствии подвода энергии к системе жидкость-газ от внеш. источников теплота И. может подводиться к поверхностному слою жидкости со стороны одной или обеих фаз. В отличие от результирующего потока в-ва, всегда направленного при И. от жидкости в газовую среду, потоки теплоты могут иметь разные направления в зависимости от соотношений т-р осн. массы жидкости t ж, границы раздела фаз t гр и газовой среды t г (см. рис.). При контакте определенного кол-ва жидкости с полубесконечным объемом или омывающим ее пов-сть потоком газовой среды и при т-ре жидкости, более высокой, чем т-ра газа (t ж > t гр >t г), возникает поток теплоты со стороны жидкости к пов-сти раздела фаз: (Q жг = Q ж ЧQ и, где Q и -теплота И., Q жг - кол-во теплоты, передаваемой от жидкости газовой среде. При этом жидкость охлаждается (т. наз. испарительное охлаждение). Если в результате такого охлаждения достигается равенство t гр = t г, теплоотдача от жидкости к газу прекращается (Q жг= 0) и вся теплота, подводимая со стороны жидкости к пов-сти раздела, затрачивается на И. (Q ж= Q и). В случае газовой среды, не насыщенной паром, парциальное давление последнего у пов-сти раздела фаз и при Q ж = Q и остается более высоким, чем в осн. массе газа, вследствие чего И. и испарительное охлаждение жидкости не прекращаются и t гр становится ниже t ж и t г.При этом теплота подводится к пов-сти раздела от обеих фаз до тех пор, пока в результате понижения t ж достигается равенство t гр = t ж и поток теплоты со стороны жидкости прекращается, а со стороны газовой среды Q гж становится равным Q и.Дальнейшее И. жидкости происходит при постоянной т-ре t м = t ж = t гр, к-рую наз. пределом охлаждения жидкости при испарительном охлаждении или т-рой мокрого термометра (т. к. ее показывает мокрый термометр психрометра). Значение t м зависит от параметров парогазовой среды и условий тепло- и массообмена между жидкой и газовой фазами. Если жидкость и газовая среда, имеющие разл. т-ры, находятся в ограниченном объеме, не получающем энергию извне и не отдающем ее наружу, И. происходит до тех пор, пока между двумя фазами не наступает термодинамич. равновесие, при к-ром т-ры обеих фаз уравниваются при неизменной энтальпии системы, и газовая фаза насыщается паром при т-ре системы t ад. Последняя, наз. температурой адиабатич. насыщения газа, определяется только начальными параметрами обеих фаз и не зависит от условий тепло- и массообмена. Скорость изотермич. И. [в кг/(м 2.с)] при однонаправленной диффузии пара в расположенный над пов-стью жидкости неподвижный слой бинарной парогазовой смеси толщиной d (в м) м. б. найдена по ф-ле Стефана: j п =(D/R пT)(p/d) ln [(p - р п, гр)/( р Ч р п)]-1, где D - коэф. взаимной диффузии, м 2/с; R п - газовая постоянная пара, Дж/кг (кг. К) или м 2/(с 2.к); T - т-ра смеси, К; р - давление парогазовой смеси, Па; р п, гр, р п < -> парциальные давления пара у пов-сти раздела и на наружной границе слоя смеси, Па. В общем случае (движущиеся жидкость и газ, неизотермич. условия) в прилегающем к пов-сти раздела фаз пограничном слое жидкости переносу импульса сопутствует перенос теплоты, а в пограничном слое газа (парогазовой смеси) происходят взаимосвязанные тепло- и массоперенос. При этом для расчета скорости И. используют эксперим. коэффициенты тепло- и массоотдачи, а в относительно более простых случаях - приближенные методы численных решений системы дифференц. ур-ний для сопряженных пограничных слоев газовой и жидкой фаз. Интенсивность массообмена при И. зависит от разности хим. потенциалов пара у пов-сти раздела и в осн. массе парогазовой смеси. Однако если баро- и термодиффузией можно пренебречь, разность хим. потенциалов заменяют разностью парциальных давлений или концентраций пара и принимают: j п= bp п, гр- р п, осн) = bp р(у п, гр - у п, осн) или j п = bc(c п, гр - с п, осн), где bp, bc - коэфф. массоотдачи, p - давление смеси, р п < -> парциальное давление пара, y п = p п/p - молярная концентрация пара, c п= r п/r - массовая концентрация пара, r п, r - локальные плотности пара и смеси; индексы означают: "гр" - у границы раздела фаз, "осн" - в осн. массе смеси. Плотность потока теплоты, отдаваемой при И. жидкостью, составляет [в Дж/(м 2.с)]: q= a ж(t ж - t гр) = rj п + a г (t гр Ч t г), где a ж, a г - коэф. теплоотдачи со стороны жидкости и газа, Вт/(м 2.К); r - теплота И., Дж/кг. При очень малых радиусах кривизны пов-сти И. (напр., при И. мелких капель жидкости) учитывается влияние поверхностного натяжения жидкости, приводящего к тому, что равновесное давление пара над пов-стью раздела выше давления насыщ. пара той же жидкости над плоской пов-стью. Если t гр ~ t ж, то при расчете И. могут приниматься во внимание только тепло- и массообмен в газовой фазе. При относительно малой интенсивности массообмена приближенно справедлива аналогия между процессами тепло- и массопереноса, из к-рой следует: Nu/Nu0 = Sh*/Sh0, где Nu = a г l/l г - число Нуссельта, l - характерный размер пов-сти И., l г - коэф. теплопроводности парогазовой смеси, Sh* = bpy г, грl/Dp = bcc г, грl/D - число Шервуда для диффузионной составляющей потока пара, Dp = D/R пT - коэф. диффузии, отнесенный к градиенту парциального давления пара. Значения bp и b с вычисляют по приведенным выше соотношениям, числа Nu0 и Sh0 соответствуют j п: 0 и могут определяться по данным для раздельно происходящих процессов тепло- и массообмена. Число Sh0 для суммарного (диффузионного и конвективного) потока пара находят делением Sh* на молярную (y г, гр) или массовую (с г, гр) концентрацию газа у пов-сти раздела в зависимости от того, к какой движущей силе массообмена отнесен коэф. b. Ур-ния подобия для Nu и Sh* при И. включают кроме обычных критериев (чисел Рейнольдса Re, Архимеда Аr, Прандтля Рr или Шмидта Sc и геом. параметров) параметры, учитывающие влияние поперечного потока пара и степени неоднородности парогазовой смеси (отношения мол. масс или газовых постоянных ее компонентов) на профили, скорости, т-ры или концентраций в сечении пограничного слоя. При малых j п, не нарушающих существенно гидродинамич. режим движения парогазовой смеси (напр., при испарении воды в атм. воздух) и подобие граничных условий полей т-р и концентраций, влияние дополнит. аргументов в ур-ниях подобия незначительно и им можно пренебречь, принимая, что Nu = Sh. При И. многокомпонентных смесей указанные закономерности сильно усложняются. При этом теплоты И. компонентов смеси и составы жидкой и парогазовой фаз, находящихся между собой в равновесии, различны и зависят от т-ры. При И. бинарной жидкой смеси образующаяся смесь паров относительно богаче более летучим компонентом, исключая только азеотропные смеси, испаряющиеся в точках экстремума (максимума или минимума) кривых состояния как чистая жидкость. Общее кол-во испаряющейся жидкости увеличивается с возрастанием пов-сти контакта жидкой и газовой фаз, поэтому конструкции аппаратов, в к-рых происходит И., предусматривают увеличение пов-сти И. путем создания большого зеркала жидкости, раздробления ее на струи и капли или образования тонких пленок, стекающих по пов-сти насадок. Возрастание интенсивности тепло- и массообмена при И. достигается также повышением скорости газовой среды относительно пов-сти жидкости. Однако увеличение этой скорости не должно приводить к чрезмерному уносу жидкости газовой средой и значит. повышению гидравлич. сопротивления аппарата. И. широко применяется в пром. практике для очистки в-в, сушки материалов, разделения жидких смесей, кондиционирования воздуха. Испарительное охлаждение воды используется в оборотных системах водоснабжения предприятий. См. также Выпаривание, Газов увлажнение, Градирни, Сушка. Лит.: Берман Л. Д., Испарительное охлаждение циркуляционной воды, 2 изд., М.-Л., 1957; Фукс Н. А., Испарение и рост капель в газообразной среде, М., 1958; Берд Р., Стьюарт В., Лайтфут Е., Явления переноса, пер. с англ., М., 1974; Берман Л. Д., "Теоретические основы хим. технологии", 1974, т.8, № 6, с. 811-22; Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч., Массопередача, пер. с англ., М., 1982. Л. Д. Берман.


Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.

Синонимы:

Смотреть что такое "ИСПАРЕНИЕ" в других словарях:

  • Испарение — над кружкой чая Испарение  процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, происходящий на поверхности вещества (пар). Процесс испарения является обратным процессу конденсации (переход из парообразного состо …   Википедия

  • ИСПАРЕНИЕ — переход в ва из жидкого или твёрдого агрегатного состояния в газообразное (пар). Обычно под И. понимают переход жидкости в пар, происходящий на свободной поверхности жидкости. И. твёрдых тел наз. возгонкой или сублимацией. Зависимость давления… …   Физическая энциклопедия

  • ИСПАРЕНИЕ — парообразование, происходящее на свободной поверхности жидкости. Испарение с поверхности твердого тела называется сублимацией …   Большой Энциклопедический словарь

  • ИСПАРЕНИЕ — ИСПАРЕНИЕ, процесс превращения жидкости или твердого тела в газообразное состояние или в пар. Противоположным ему является процесс КОНДЕНСАЦИИ. При испарении жидкости и твердые тела охлаждаются, поскольку отдают энергию (см. СКРЫТАЯ ТЕПЛОТА)… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • ИСПАРЕНИЕ — ИСПАРЕНИЕ, испарения, ср. (книжн.). 1. только ед. Действие по гл. испарить испарять и испариться испаряться (спец.). Испарение жидкостей. 2. Медленно выделяющийся пар, испаряющееся газообразное вещество. С болота поднимались ядовитые испарения.… …   Толковый словарь Ушакова

  • испарение — парообразование, эвапорация, выкипание, вапоризация, миазм, улетучивание, транспирация Словарь русских синонимов. испарение сущ., кол во синонимов: 11 • вапорация (1) • …   Словарь синонимов

  • ИСПАРЕНИЕ — ИСПАРЕНИЕ, я, ср. 1. см. испарить, ся. 2. мн. Испаряющееся вещество. Вредные испарения. Болотные испарения. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

  • ИСПАРЕНИЕ — переход вещества из жидкого или твердого состояния в газообразное (пар), происходящий при любой температуре; зависит от температуры испаряющей поверхности, скорости ветра и влажности воздуха, а в недрах земли от земной температуры и… …   Геологическая энциклопедия

  • Испарение — эвапотранспирация переход влаги в атмосферу биотической среды при транспирации растений, потении животных, дыхании тех и других, а также при испарении с поверхности почвы. Имеет важное значение в водном обмене и энергообмене, так как… …   Экологический словарь

  • испарение — парообразование. См. также latent heat. [http://www.oceanographers.ru/index.php?option=com glossary&Itemid=238] Тематики океанология Синонимы парообразование. EN vaporization …   Справочник технического переводчика

  • Испарение — – парообразование, происходящее на свободной поверхности жидкости. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ и м. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.] Рубрика термина: Свойства материалов… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Книги

  • Испарение карбидов, Казенас Е.К.. В книге впервые систематизированы экспериментальные результаты по термодинамике испарения и диссоциации практически всех карбидов и представлен ряд систем химических элементов периодической… Подробнее  Купить за 1899 грн (только Украина)
  • Испарение карбидов, Казенас Е., Цветков Ю.. В книге впервые систематизированы экспериментальные результаты по термодинамике испарения и диссоциации практически всех карбидов и представлен ряд систем химических элементов периодической… Подробнее  Купить за 1817 руб
  • Испарение карбидов, Казенас Е.К.. В книге впервые систематизированы экспериментальные результаты по термодинамике испарения и диссоциации практически всех карбидов и представлен ряд систем химических элементов периодической… Подробнее  Купить за 1656 руб
Другие книги по запросу «ИСПАРЕНИЕ» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.