Исходным моментом (первичным актом) испарения является явление газификации воды (парообразование). При этом вода, разлитая по эмалированной поверхности душевого поддона, или вода, впитавшаяся вглубь древесины, газифицируется точно так же, как вода, налитая в ванну или распределённая на коже человека. Наиболее быстрые молекулы воды, преодолевая энергетический барьер, равный скрытой теплоте испарения (конденсации) 539 ккал/кг, вылетают с поверхности компактной (жидкой) воды и могут безвозвратно удалиться (например, в вакууме), если их не заставят возвратиться назад в жидкость столкновения с молекулами в газовой фазе (рис. 56а). Массовые скорости газификации воды могут быть очень большими - несколько килограммов в секунду с 1 м2 при температуре 40°С (то есть тонны воды в час с 1 м2 поверхности!) и возрастают с температурой экспоненциально (точнее, пропорционально (^(Т)1/2). Вместе с тем, давление водяных паров рп (а по существу концентрация молекул воды) у поверхности воды крайне мало, поскольку все молекулы воды тут же улетают от поверхности. При высоких скоростях газификации компактная вода, естественно, сильно охлаждается, поскольку из неё вылетают наиболее энергичные молекулы, и средняя энергия оставшихся молекул в воде (как раз и характеризующаяся понятием температуры) уменьшается. Это явление хорошо известно и широко используется, например, при сублимационной сушке, когда вода из-за охлаждения превращается в лёд.

Если же газификация происходит в воздушной среде (именно этот случай реализуется в банях), то требуется учёт обратного процесса -ожижения паров воды, поступающих из воздуха на поверхность компактной воды. То есть молекулы воды из воздуха (представляющие собой водяной пар в воздухе) «влетают» в поверхность воды и «застревают» там в результате «прилипания» к другим молекулам воды, находящимся в «слипшемся» (жидком) состоянии за счёт действия межмолекулярных сил. В результате процесс газификации-ожижения усложняется: вылетающие молекулы воды начинают сталкиваться с молекулами воздуха, скучиваются вблизи поверхности воды, «влетают» в неё и при некоторой концентрации молекул воды в воздухе получается баланс - сколько молекул воды газифицируется, столько же молекул и ожижается. Иными словами, давление паров воды в воздухе у поверхности воды (или абсолютная влажность воздуха) равно равновесному (или плотности насыщенного пара), и процессы газификации и ожижения взаимно уравновешиваю друг друга (рис. 566). Но если вдали от поверхности воды давление водяных паров в воздухе понижается (например, вследствие вентиляции), то в воздушной зоне возникает перепад концентрации водяных паров, а молекулы воды начинают диффундировать в среде молекул воздуха от поверхности воды - наступает дисбаланс. Этот дисбаланс в реальных условиях бани очень мал: если в целом в бане газифицируются (тотчас ожижаясь) тонны воды в час, то уходят в результате диффузии лишь граммы или сотни грамм водяных паров в час. Результирующий эффект дисбаланса между газификацией и ожижением называется испарением (если количество компактной воды убывает) или конденсацией (если количество воды возрастает за счёт ожижения водяных паров).

Рис. 56. Режимы испарения с поверхности чистой воды: а - кинетический режим,

Рис. 56. Режимы испарения с поверхности чистой воды: а - кинетический режим, при котором скорость испарения равна скорости газификации, б - диффузионный режим, при котором скорость испарения определяется скоростью диффузии молекул воды в воздухе, в - режим кипения (факельный режим), при котором пары воды удаляются газодинамически (потоком - струей пара). рп - парциальное давление паров воды, рв - давление воздуха (сухой части), р - суммарное давление воздуха и водяных паров, V - перенос масс воздуха с водяными парами (ветер).

Страницы: 1 2 3 4