凝结

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A340机翼上凝结的水汽

凝结英语:condensation),或称凝析,是气体遇冷而变成液体,如水蒸气遇冷变成。温度越低,凝结速度越快。在水循环中常提到凝结[1]。像空气中的水蒸气接触到其他固体、液体表面,或是接触到云凝结核,因而形成液体,即为凝结。若气体遇冷后直接变成固体,则称为凝华

凝结也是化工生产中常见的程序,以成本低的水或空气作冷凝的介质,使其他物质的温度降低。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

凝结和蒸发是作用相反的两个单元操作蒸馏是蒸发和凝结的联合操作。

开始凝结[编辑]

凝结的开始是由于气相物质中形成了团簇结构(例如水滴雪花的形成),或是气态物质接触到固态或是液态的表面。

一些可逆性的现象[编辑]

以下是气态/固态或是气态/液态的表面会出现的一些可逆性现象。

  • 气态物质被液态所吸收(气态和液态的物质可能相同,也可能气态物质溶解在液态中),其可逆反应为蒸发[1]
  • 若固态表面的温度及压力大于气态物质的三相点,气态物质会吸附在固态表面,形成液滴,其可逆反应也是蒸发
  • 固态表面的温度及压力小于气态物质的三相点,气态物质会吸附入固态结构中,也成为固态,其可逆反应为升华

常见的凝结现象[编辑]

凝结常出现在蒸气冷却或是加压到其饱和点(若是水蒸气,即为露点),气态的分子密度达到其上限。冷却或加压蒸气,再收集凝结后液体的设备称之为冷凝器

凝结的量测[编辑]

气象学中会量测在不同大气压力及温度下,水蒸气凝结成水的速率。

凝结的应用[编辑]

云室中的气体(有时会用水,不过多半是2-丙醇)因为接触到辐射粒子而凝结,产生类似飞机云的效果

凝结是蒸馏中很重要的一部分,蒸馏在实验以及化工应用中都很重要。

凝结是会自然发生的现象,因此人们也可以用凝结来产生大量的水,供应人们所需。许多建筑物兴建的目的就是为了让水蒸气凝结,再收集水分,例如通风井以及集雾器英语fog fence。有些地区有沙漠化的情形,可以用此系统可以维持这些地区的水分,此方式保持水分的效果很好,因此有些组织教育在沙漠化地区的居民用此方式来储水,以克服水源不足的问题[2]

凝结也是在云室中追踪粒子的关键过程。在云室中,因为入射粒子产生的离子即为凝结核,气体会在附近凝结,形成产生类似飞机云的效果。

凝结也是许多工业程序中的关键步骤,例如发电,海水淡化[3]、热管理[4]、冷冻[5]及空调[6]等程序。

和生物体的关系[编辑]

许多生物是靠凝结而来的水作为水分的来源,例如澳洲棘蜥英语thorny devil纳米比亚海岸的拟步行虫,以及美国西岸加州红木

建筑物内的凝结[编辑]

淋浴后窗户上的水汽凝结

建筑物内的水汽凝结会导致建筑物内的湿气霉菌相关健康问题英语mold health issues、木材干腐英语Dry rot腐蚀、水泥和砖石墙壁受损,以及因为热传导的增加造成空调电费的增加,是不希望看到的现象。为了避免这些问题,需要降低室内的湿度,或是改善室内的通风。有许多可行的方式,例如开窗户、打开通风扇、使用除湿机、在室外烘干衣服、在烹调时覆盖锅碗瓢盆等。装设空调系统或是通风系统有助于将室内的湿气排出,也让建筑物内的空气可以流通[7]。若提高温度,空气中可以容纳的水蒸气量就会增加[7],不过若温暖潮湿的空气碰到冷的表面就会凝结,空气温度降低,其中可保持的水蒸气量也会降低,这是室内常用的凝结来源,因此此一作法有其风险。

内部结构凝结可能是因为热桥英语thermal bridge效应、缺乏隔热、防潮英语damp proofing隔热玻璃英语insulated glazing,或是类似设备的效果不足[8]

参见[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 (英文)国际纯粹与应用化学联合会."condensation in atmospheric chemistry".化学术语总目录 在线版本.
  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.