凝結

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A340機翼上凝結的水汽

凝結英语:condensation),或稱凝析,是气体遇冷而變成液體,如水蒸气遇冷变成。温度越低,凝結速度越快。在水循环中常提到凝結[1]。像空氣中的水蒸气接觸到其他固體、液體表面,或是接觸到云凝结核,因而形成液體,即為凝結。若气体遇冷後直接變成固體,則稱為凝华

凝結也是化工生产中常見的程序,以成本低的水或空气作冷凝的介质,使其他物質的溫度降低。经过冷凝操作后,水或空气温度会升高,如果直接排放会造成热污染

凝結和蒸发是作用相反的两个单元操作蒸馏是蒸发和凝結的联合操作。

開始凝結[编辑]

凝結的開始是由於氣相物質中形成了團簇結構(例如水滴雪花的形成),或是氣態物質接觸到固態或是液態的表面。

一些可逆性的現象[编辑]

以下是氣態/固態或是氣態/液態的表面會出現的一些可逆性現象。

  • 氣態物質被液態所吸收(氣態和液態的物質可能相同,也可能氣態物質溶解在液態中),其可逆反應為蒸发[1]
  • 若固態表面的溫度及壓力大於氣態物質的三相點,氣態物質會吸附在固態表面,形成液滴,其可逆反應也是蒸发
  • 固態表面的溫度及壓力小於氣態物質的三相點,氣態物質會吸附入固態結構中,也成為固態,其可逆反應為升华

常見的凝結現象[编辑]

凝結常出現在蒸氣冷卻或是加壓到其飽和點(若是水蒸氣,即為露點),氣態的分子密度達到其上限。冷卻或加壓蒸氣,再收集凝結後液體的設備稱之為冷凝器

凝結的量測[编辑]

氣象學中會量測在不同大氣壓力及溫度下,水蒸氣凝結成水的速率。

凝結的應用[编辑]

云室中的氣體(有時會用水,不過多半是2-丙醇)因為接觸到輻射粒子而凝結,產生類似飛機雲的效果

凝結是蒸餾中很重要的一部份,蒸餾在實驗以及化工應用中都很重要。

凝結是會自然發生的現象,因此人們也可以用凝結來產生大量的水,供應人們所需。許多建築物興建的目的就是為了讓水蒸氣凝結,再收集水份,例如通风井以及集霧器英语fog fence。有些地區有沙漠化的情形,可以用此系統可以維持這些地區的水份,此方式保持水份的效果很好,因此有些組織教育在沙漠化地區的居民用此方式來儲水,以克服水源不足的問題[2]

凝結也是在云室中追蹤粒子的關鍵過程。在云室中,因為入射粒子產生的離子即為凝結核,氣體會在附近凝結,形成產生類似飛機雲的效果。

凝結也是許多工業程序中的關鍵步驟,例如發電,海水淡化[3]、熱管理[4]、冷凍[5]及空調[6]等程序。

和生物體的關係[编辑]

許多生物是靠凝結而來的水作為水份的來源,例如澳洲棘蜥英语thorny devil纳米比亚海岸的拟步行虫,以及美國西岸加州紅木

建築物內的凝結[编辑]

淋浴後窗戶上的水氣凝結

建築物內的水氣凝結會導致建築物內的濕氣黴菌相關健康問題英语mold health issues、木材乾腐英语Dry rot腐蚀、水泥和砖石墙壁受損,以及因為熱傳導的增加造成空調電費的增加,是不希望看到的現象。為了避免這些問題,需要降低室內的濕度,或是改善室內的通風。有許多可行的方式,例如開窗戶、打開通風扇、使用除濕機、在室外烘干衣服、在烹調時覆盖锅碗瓢盆等。裝設空調系統或是通風系統有助於將室內的濕氣排出,也讓建築物內的空氣可以流通[7]。若提高溫度,空氣中可以容納的水蒸氣量就會增加[7],不過若溫暖潮濕的空氣碰到冷的表面就會凝結,空氣溫度降低,其中可保持的水蒸氣量也會降低,這是室內常用的凝結來源,因此此一作法有其風險。

內部結構凝結可能是因為熱橋英语thermal bridge效應、缺乏隔熱、防潮英语damp proofing隔熱玻璃英语insulated glazing,或是類似設備的效果不足[8]

参见[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 (英文)國際純粹與應用化學聯合會."condensation in atmospheric chemistry".《化学术语总目录》在线版.
  2. ^ FogQuest - Fog Collection / Water Harvesting Projects - Welcome
  3. ^ Warsinger, David M.; Mistry, Karan H.; Nayar, Kishor G.; Chung, Hyung Won; Lienhard V, John H. Entropy Generation of Desalination Powered by Variable Temperature Waste Heat. Entropy: 7530–7566. 2015. Bibcode:2015Entrp..17.7530W. doi:10.3390/e17117530. 
  4. ^ White, F.M. ‘Heat and Mass Transfer’ © 1988 Addison-Wesley Publishing Co. pp. 602–604
  5. ^ Q&A: Microchannel air-cooled condenser; Heatcraft Worldwide Refrigeration; April 2011; http://www.heatcraftrpd.com/landing/2011/air-cooled-condenser/res/pdfs/H-ACCMCX-QA.pdf
  6. ^ Enright, Ryan. Dropwise Condensation on Micro- and Nanostructured Surfaces. Nanoscale and Microscale Thermophysical Engineering. 23 Jul 2014, 18 (3). doi:10.1080/15567265.2013.862889. 
  7. ^ 7.0 7.1 Condensation. Property Hive. (原始内容存档于2013-12-13). 
  8. ^ Condensation around the house - what causes condensation. diydata.com.