凝结
凝结(英语:condensation),或称凝析,是气体遇冷而变成液体,如水蒸气遇冷变成水。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(例如云中水滴或雪花的形成),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]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a3/Effect_similar_to_contrails_created_in_a_cloud_chambers.jpg/220px-Effect_similar_to_contrails_created_in_a_cloud_chambers.jpg)
凝结是蒸馏中很重要的一部份,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,再收集水份,例如通风井以及集雾器。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份,此方式保持水份的效果很好,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份的来源,例如澳洲的魔蜥、纳米比亚海岸的拟步行虫,以及美国西岸的加州红木。
建筑物内的凝结
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8c/Window_in_Ireland.jpg/220px-Window_in_Ireland.jpg)
建筑物内的水气凝结会导致建筑物内的湿气、霉菌相关健康问题、木材干腐或腐蚀、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效应、缺乏隔热、防潮、隔热玻璃,或是类似设备的效果不足[8]。
参见
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ 1.0 1.1 国际纯化学和应用化学联合会,化学术语概略,第二版。(金皮书)(1997)。在线校正版: (2006–) "condensation in atmospheric chemistry"。doi:10.1351/goldbook.C01235
- ^ FogQuest - Fog Collection / Water Harvesting Projects - Welcome. [2018-03-02]. (原始内容存档于2009-02-23).
- ^ 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.
- ^ White, F.M. ‘Heat and Mass Transfer’ © 1988 Addison-Wesley Publishing Co. pp. 602–604
- ^ 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 (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- ^ 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.
- ^ 7.0 7.1 Condensation. Property Hive. [2018-03-03]. (原始内容存档于2013-12-13).
- ^ Condensation around the house - what causes condensation. diydata.com. [2018-03-03]. (原始内容存档于2008-01-13).
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