基本介紹
- 中文名：凝結
- 外文名：condensation
- 逆過程：蒸發
- 定義：氣體遇冷而變成液體的過程
- 所屬學科：物理
- 舉例：水蒸氣凝結為水
概念解釋,水蒸氣的凝結,土壤凝結水,傳熱特性,
概念解釋
凝結，是氣體遇冷而變成液體，如水蒸氣遇冷變成水。溫度越低，凝結速度越快。它的逆過程稱作蒸發。凝結屬於液化形式中的一種，但不完全等於液化。凝結是一種相變，故在通常情況下發生的凝結，會伴隨著物質的一些物理性質如密度、比熱、聲音在其中的傳播速度等發生躍變。
如水在1個大氣壓和100℃時的摩爾體積是18.79×10－6米3/摩，而相應的水蒸氣的摩爾體積是30.11×10－3米3/摩，即水的密度約為它的蒸汽的1,600倍。通過等溫壓縮不再能使氣體液化的最低溫度稱為臨界溫度，與之相應的壓強稱作臨界壓強。
水蒸氣的凝結
水蒸氣在空氣中凝結時，必須有如塵埃或帶電粒子等組成的凝結核（見過冷），否則會形成過冷的或過飽和蒸汽。但一旦在其中吹入細微的塵粒或出現帶電粒子時，則過飽和蒸汽中會很快地發生凝結。這就是說，凝結核對於形成雲層是至關重要的。液化單位質量的蒸汽為同溫度的液體所放出的熱量稱為該種物質的凝結熱。顯然，凝結熱在數量上等於汽化熱。如1千克水蒸氣液化為水時的凝結熱為539卡=2,253焦。
土壤凝結水
在水資源極其匱乏的乾旱區，任何補充性的水資源都可能對其生態系統產生積極的影響。凝結水作為穩定持續的水資源，儘管凝結量相對較小，但對於維持乾旱半乾旱地區生態系統的穩定性具有非常重要的作用。凝結水是沙漠生境中某些植物、昆蟲、小型動物、生物土壤結皮的重要水分來源；可以提高沙漠中1年生植物種子的萌發，有效地減少因土壤蒸發而損失的水分。另外，凝結水作為一種濕氣的來源，在維持沙丘穩定性方面也起著重要的作用。
國外學者自20世紀40年代起，在乾旱區凝結水方面已開展了大量的研究，包括凝結水的測定方法、凝結水的形成機理、凝結水量和持續時間的影響因素以及定量模擬、凝結水的生態學和水文學意義等。我國對凝結水的研究起步較晚，1961年王積強首次在山東德州開展了凝結水試驗，初步測得了凝結水量。還有學者分別在內蒙古科爾沁沙地、荒漠綠洲邊緣、毛烏素沙漠邊緣、騰格里沙漠邊緣、沙坡頭地區、天山北麓昌吉地下水均衡試驗場、羅布泊地區、古爾班通古特沙漠等地，開展了許多卓有成效的研究，涉及凝結水的觀測方法、生成量、形成機理、影響因素、數值模型、潛在的生態學和水文學意義等各方面。
目前關於凝結水的觀測方法，國際上仍沒有統一的標準。大量試驗證明，土壤凝結水主要發生在表層0-5cm 範圍內，沙漠地區最大涉及到10cm。
土壤凝結水的水汽來源主要有兩個方面：一是來源於空氣中的水汽，包括近地表空氣中的水汽、植物蒸騰和呼吸作用散逸的水汽、地面蒸發的水汽；凝結水的另一來源是地表以下某一深度以上的土壤空隙中的水汽。土壤凝結水基本上發生在晚上22:00至次日凌晨8:00，晴天日出後一定時間範圍內凝結現象仍繼續發生。土壤凝結水形成的時間受多種環境因子的綜合影響，不同區域產生土壤凝結水的時間存在較大差異，即使在同一地區，也會因為生境和氣象因子的不同而存在差異。
傳熱特性
超音波在介質中傳播時，由於其與介質間的相互作用，會引起一系列的特殊效應，如機械效應、空化效應、熱效應、化學效應等。因此，在化工、檢測、除垢以及強化沸騰換熱等方面超音波都有著重要的套用。蒸汽直接接觸凝結現象由於其極好的傳熱和傳質能力而被廣泛套用於化工、核能等領域，如汽水混合加熱器、蒸汽噴射泵以及抑壓式安全殼中用於降低殼內壓力的抑壓水池等。蒸汽直接接觸凝結的強化對於套用這一現象的設備的最佳化有著極其重要的意義和作用。然而，目前關於超音波強化沸騰換熱的研究較多，但其用於強化蒸汽直接接觸凝結現象卻少有報導。因此，外加超音波場可能是強化蒸汽直接接觸凝結現象的一種很好的方法。
超音波場中氣泡凝結換熱被強化可能是以下原因造成的：首先，超音波聲壓傳播及由超音波引起的空化效應產生的微射流和湍動效應會引起氣液界面附近過冷水局部壓力波動並使局部流體質點快速振動。這會攪渾氣泡周圍液相熱邊界層，減薄熱邊界層厚度並降低氣泡壁面附近液體溫度，增加凝結換熱驅動溫差，強化氣泡凝結換熱。其次，當聲場的振動頻率和強度達到一定值時，氣泡變得不穩定，其表面可能形成非常細微的毛細波。毛細波的存在會拓展凝結換熱表面積，並同樣起到攪渾熱邊界層的作用，降低氣泡壁面附近液體溫度，強化氣泡凝結換熱。最後，由於聲波壓力波的傳播使氣泡周圍壓力不均勻，可能使氣泡產生附加的運動，強化氣泡凝結換熱中對流換熱部分。
