Žvaigždžių naujienos
Molekulinė fizika. Garavimas ir kondensacija. Vandens garavimas ir kondensacija. Keletas praktinių patarimų
Kiekybiškai garavimą apibūdina vandens masė, kuri išgaruoja per laiko vienetą iš paviršiaus ploto vieneto. Šis dydis vadinamas garavimo greičiu. SI sistemoje jis išreiškiamas kg/(m 2. s), GHS - g/(cm 2. s).
Garavimo greitis didėja didėjant garuojančio paviršiaus temperatūrai. Garavimo proceso metu vandens molekulės, virstančios garais, dalį savo energijos išleidžia sanglaudos jėgų įveikimui ir plėtimosi darbui, susijusiam su skysčio tūrio didinimu, kuris virsta dujine būsena. Dėl to mažėja vidutinė skystyje likusių molekulių energija, skystis atvėsta. Norint tęsti garinimo procesą, reikia papildomos šilumos, kuri vadinama garavimo šiluma. Garavimo šiluma mažėja didėjant garuojančio paviršiaus temperatūrai.
Jei garavimas vyksta nuo vandens paviršiaus, tada ši priklausomybė išreiškiama formule:
Q = Q 0 - 0,65. t, (5,9)
čia Q yra garavimo šiluma, J/g;
t – išgaruojančio paviršiaus temperatūra, 0 C;
Q 0 = 2500 J/kg.
Jei išgaruoja nuo ledo ar sniego paviršiaus, tada:
Q = Q 0 - 0,36. t, (5,10)
Praktiniais tikslais garavimo greitis išreiškiamas vandens sluoksnio aukščiu (mm), kuris išgaruoja per laiko vienetą. 1 mm aukščio vandens sluoksnis, kuris išgaruos iš 1 m 2 ploto, atitinka jo 1 kg masę.
Pagal Daltono dėsnį, W garavimo greitis kg/(m2.s) yra tiesiogiai proporcingas drėgmės deficitui, apskaičiuotam pagal garuojančio paviršiaus temperatūrą, ir atvirkščiai proporcingas atmosferos slėgiui:
čia E 1 yra prisotinimo elastingumas, paimtas iš garuojančio paviršiaus temperatūros, hPa;
e - garų slėgis aplinkiniame ore, hPa;
R - Atmosferos slėgis, hPa;
A yra proporcingumo koeficientas, kuris priklauso nuo vėjo greičio.
Iš Daltono dėsnio aišku, kad kuo didesnis skirtumas (E 1-e), tuo didesnis garavimo greitis. Jei garuojantis paviršius yra šiltesnis už orą, tai E 1 yra didesnis už prisotinimo elastingumą E esant oro temperatūrai. Šiuo atveju garavimas tęsiasi net tada, kai oras yra prisotintas vandens garų, tai yra, jei e = E (bet E Priešingai, jei garuojantis paviršius yra šaltesnis už orą, tada esant gana aukštai santykinei oro drėgmei gali pasirodyti, kad E 1 Garavimo greičio priklausomybė nuo atmosferos slėgio dėl to, kad ramiame ore molekulinė difuzija didėja mažėjant išoriniam slėgiui: kuo jis mažesnis, tuo lengviau molekulės atitrūksta nuo garuojančio paviršiaus. Tačiau atmosferos slėgis žemės paviršiuje svyruoja santykinai nedidelėse ribose. Todėl jis negali reikšmingai pakeisti garavimo greičio. Tačiau į tai reikia atsižvelgti, pavyzdžiui, lyginant garavimo greitį skirtinguose aukščiuose kalnuotose vietovėse. Garavimo greitis priklauso nuo vėjo greičio. Didėjant vėjo greičiui, didėja turbulentinė difuzija, nuo kurios labai priklauso garavimo greitis. Kuo intensyvesnis turbulentinis maišymasis, tuo greičiau vandens garai patenka į aplinką. Jei oras perkeliamas iš sausumos į vandens telkinį, garavimo iš vandens telkinio greitis didėja, nes oras, tekantis ant santykinai sausesnio paviršiaus, turi didesnį drėgmės deficitą nei virš vandens telkinio. Kai oras patenka iš vandens paviršiaus į žemę, garavimo greitis palaipsniui mažėja, nes sumažėja drėgmės trūkumas ore virš vandens. Išgaravimo iš jūrų ir vandenynų paviršių greitį įtakoja jų druskingumas, nes soties elastingumas tirpalo atžvilgiu yra mažesnis nei gėlo vandens. Garavimą nuo dirvožemio paviršiaus labai veikia fizinės savybės, aktyvaus paviršiaus būklė, reljefas ir kiti veiksniai. Lygus paviršius išgaruoja mažiau nei grubus paviršius, nes ant jo mažiau išvystytas turbulentinis maišymas nei ant grubo paviršiaus. Lengvi dirvožemiai, jei visi kiti dalykai yra vienodi, mažiau išgaruoja nei tamsios, nes jie mažiau įkaista. Purūs dirvožemiai su plačiais kapiliarais išgaruoja mažiau nei tankūs dirvožemiai su siaurais kapiliarais. Tai paaiškinama tuo, kad siaurais kapiliarais vanduo kyla arčiau dirvos paviršiaus nei per plačius. Garavimo greitis priklauso nuo dirvožemio drėgmės laipsnio: kuo dirvožemis sausesnis, tuo lėtesnis išgaravimas. Garavimo greitį įtakoja reljefas. Aukštumose, virš kurių vyksta intensyvus turbulentinis maišymasis, garavimas vyksta greičiau nei žemumose, grioviuose ir slėniuose, kur oras mažiau judrus. Augalinė danga turi įtakos garavimo greičiui. Tai žymiai sumažina garavimą tiesiai iš dirvožemio paviršiaus. Tačiau patys augalai išgarina daug drėgmės, kurią pasiima iš dirvos. Augalų vykdomas drėgmės išgarinimas yra fizinis ir biologinis procesas ir vadinamas transpiracija. Bendras vandens garų praradimas iš tam tikro paviršiaus su ta pačia augalija yra vadinamas evapotranspiracija. Tai apima išgaravimą nuo žemės paviršiaus ir augalų. Garavimas – tai didžiausias galimas garavimas tam tikroje srityje nuo tam tikro aktyvaus paviršiaus su pakankamu drėgmės kiekiu ten esančiomis meteorologinėmis sąlygomis. Saulės energija maitina neįtikėtinai galingą šilumos variklį, kuris, įveikęs gravitaciją, lengvai pakelia į orą didžiulį kubą (kiekviena pusė yra apie aštuoniasdešimt kilometrų). Taigi kasmet nuo mūsų planetos paviršiaus išgaruoja metro storio vandens sluoksnis. Garavimo metu skysta medžiaga palaipsniui virsta garų arba dujine būsena, kai mažiausios dalelės (molekulės ar atomai), judėdamos tokiu greičiu, kad įveiktų sanglaudos jėgas tarp dalelių, atitrūksta nuo paviršiaus. Nepaisant to, kad garavimo procesas geriau žinomas kaip skystos medžiagos perėjimas į garus, vyksta sausas garinimas, kai esant minusinei temperatūrai ledas iš kietos būsenos pereina į garų būseną, aplenkdamas skystąją fazę. Pavyzdžiui, jei šlapius skalbinius pakabinate džiovinti šaltyje, jie sušąla ir labai kietėja, tačiau po kurio laiko suminkštėja ir tampa sausi. Skysčio molekulės yra beveik viena šalia kitos ir, nepaisant to, kad jas jungia traukos jėgos, jos nėra susietos su tam tikrais taškais, todėl laisvai juda per visą plotą. medžiaga (jie nuolat susiduria vienas su kitu ir keičia greitį). Dalelės, kurios patenka į paviršių, judant įgauna pagreitį, kurio pakanka palikti medžiagą. Patekę į viršų, jie nesustoja judėjimo ir, įveikę apatinių dalelių trauką, išskrenda iš vandens, virsdami garais. Šiuo atveju dalis molekulių dėl chaotiško judėjimo grįžta į skystį, o likusios patenka toliau į atmosferą. Garavimas tuo nesibaigia, o kitos molekulės išsiveržia į paviršių (taip vyksta tol, kol skystis visiškai išgaruoja). Jei kalbame, pavyzdžiui, apie vandens ciklą gamtoje, galime stebėti kondensacijos procesą, kai susikaupę garai tam tikromis sąlygomis grįžta atgal. Taigi garavimas ir kondensacija gamtoje yra glaudžiai susiję vienas su kitu, nes jų dėka tarp žemės, žemės ir atmosferos vyksta nuolatiniai vandens mainai, dėl kurių aplinka aprūpinama didžiuliu kiekiu naudingų medžiagų. Verta paminėti, kad kiekvienos medžiagos garavimo intensyvumas yra skirtingas, todėl pagrindinės fizinės savybės, turinčios įtakos garavimo greičiui, yra šios: Garavimo svarbą augmenijos gyvenime sunku pervertinti, ypač turint omenyje, kad gyvas augalas susideda iš aštuoniasdešimties procentų vandens. Todėl, jei augalas neturi pakankamai drėgmės, jis gali žūti, nes kartu su vandeniu jam nebus tiekiama maistinių medžiagų ir mikroelementų, reikalingų gyvybei. Vanduo, judėdamas per augalo kūną, perneša ir jo viduje formuoja organines medžiagas, kurių susidarymui augalui reikia saulės šviesos. Tačiau čia svarbų vaidmenį vaidina garavimas, nes saulės spinduliai gali itin stipriai šildyti objektus, todėl gali sukelti augalo mirtį nuo perkaitimo (ypač karštomis vasaros dienomis). Siekiant to išvengti, iš lapų išgaruoja vanduo, per kurį šiuo metu išsiskiria daug skysčių (pavyzdžiui, iš kukurūzų per dieną išgaruoja nuo vienos iki keturių stiklinių vandens). Tai reiškia, kad kuo daugiau vandens pateks į augalo organizmą, tuo intensyviau vanduo išgaruos lapais, augalas labiau atvės ir normaliai augs. Augalų vandens garavimą pajusite, kai karštą dieną vaikščiodami paliesite žalius lapus: jie tikrai bus vėsūs. Garinimo vaidmuo žmogaus organizmo gyvenime yra ne mažiau svarbus: jis kovoja su šiluma per prakaitavimą. Garavimas dažniausiai vyksta per odą, taip pat per kvėpavimo takus. Tai galima nesunkiai pastebėti sergant, pakilus kūno temperatūrai arba sportuojant, kai padidėja garavimo greitis. Jei krūvis nedidelis, per valandą organizmas pasišalina nuo vieno iki dviejų litrų skysčių, intensyviau sportuojant, ypač kai lauko temperatūra viršija 25 laipsnius, išgaravimo intensyvumas didėja ir gali išsiskirti nuo trijų iki šešių litrų skysčių su prakaitas. Per odą ir kvėpavimo takus vanduo ne tik išeina iš organizmo, bet ir patenka į jį kartu su aplinkos garavimu (ne veltui gydytojai savo pacientams dažnai skiria atostogas pajūryje). Deja, kartu su naudingais elementais į jį dažnai patenka kenksmingų dalelių, įskaitant chemikalus ir kenksmingus dūmus, kurie daro nepataisomą žalą sveikatai. Vieni jų yra toksiški, kiti sukelia alergiją, kiti yra kancerogeniški, treti sukelia vėžį ir kitas ne mažiau pavojingas ligas, o daugelis turi iš karto kelias kenksmingas savybes. Kenksmingi garai į organizmą patenka daugiausia per kvėpavimo sistemą ir odą, o po to patekę į kraują akimirksniu susigeria į kraują ir pasklinda po visą organizmą, sukeldami toksinį poveikį ir sukeldami sunkias ligas. IN tokiu atveju daug kas priklauso nuo vietovės, kurioje žmogus gyvena (prie gamyklos ar gamyklos), patalpų, kuriose jis gyvena ar dirba, taip pat nuo laiko, praleisto sveikatai pavojingomis sąlygomis. Kenksmingi garai gali patekti į kūną iš namų apyvokos daiktų, pavyzdžiui, linoleumo, baldų, langų ir kt. Siekiant išsaugoti gyvybę ir sveikatą, tokių situacijų patartina vengti ir geriausia išeitis būtų palikti pavojingą teritoriją, įskaitant apsikeitimą butu ar darbu, o tvarkydami būstą atkreipti dėmesį į perkamų prekių kokybės sertifikatus. medžiagų. Garavimas Išgarinimas virš arbatos puodelio Garavimas- medžiagos perėjimo iš skystos į dujinę būseną procesas, vykstantis medžiagos (garų) paviršiuje. Garavimo procesas yra atvirkštinis kondensacijos (perėjimas iš garų būsenos į skystą būseną) procesui. Garinimas (garinimas), medžiagos perėjimas iš kondensuotos (kietos arba skystos) fazės į dujinę (garą); pirmosios eilės fazės perėjimas. Aukštojoje fizikoje yra labiau išplėtota garavimo samprata. Garavimas- tai procesas, kurio metu dalelės (molekulės, atomai) išskrenda (atsiplėšia) nuo skysčio ar kietos medžiagos paviršiaus, kai E k > E p. Garavimas kietas vadinamas sublimacija (sublimacija), o garinimas skysčio tūryje – virimu. Paprastai garavimas suprantamas kaip garų susidarymas laisvajame skysčio paviršiuje dėl jo molekulių terminio judėjimo, esant temperatūrai, žemesnei už virimo tašką, atitinkantį dujinės terpės, esančios virš nurodyto paviršiaus, slėgį. Tokiu atveju molekulės, turinčios pakankamai didelę kinetinę energiją, iš paviršinio skysčio sluoksnio išeina į dujinę aplinką; kai kurie iš jų atsispindi atgal ir sulaikomi skysčio, o kiti negrįžtamai prarandami. Garavimas yra endoterminis procesas, kurio metu sugeriama fazių virsmo šiluma – garavimo šiluma, kuri išleidžiama įveikiant molekulinės sanglaudos jėgas skystoje fazėje ir vykdant plėtimosi darbus skystį paverčiant garais. Savitoji garavimo šiluma nurodoma 1 moliui skysčio (molinė garavimo šiluma, J/mol) arba jo masės vienetui (masės garavimo šiluma, J/kg). Garavimo greitis nustatomas pagal garų srauto jp, prasiskverbiančio per laiko vienetą į dujų fazę iš skysčio paviršiaus ploto vieneto, paviršiaus tankį [mol/(s.m 2) arba kg/(s.m 2)]. Didžiausia jp reikšmė pasiekiama vakuume. Jei virš skysčio yra santykinai tanki dujinė terpė, garavimas sulėtėja dėl to, kad garų molekulių pašalinimo iš skysčio paviršiaus į dujinę terpę greitis tampa mažas, palyginti su jų emisijos iš skysčio greičiu. Šiuo atveju fazės sąsajoje susidaro garų ir dujų mišinio sluoksnis, beveik prisotintas garais. Dalinis slėgis ir garų koncentracija šiame sluoksnyje yra didesni nei didžiojoje garų-dujų mišinio dalyje. Garavimo procesas priklauso nuo molekulių šiluminio judėjimo intensyvumo: kuo greičiau juda molekulės, tuo greičiau vyksta garavimas. Be to, svarbūs veiksniai, darantys įtaką garavimo procesui, yra išorinės (medžiagos atžvilgiu) difuzijos greitis, taip pat pačios medžiagos savybės. Paprasčiau tariant, kai pučia vėjas, garavimas vyksta daug greičiau. Kalbant apie medžiagos savybes, pavyzdžiui, alkoholis išgaruoja daug greičiau nei vanduo. Svarbus veiksnys taip pat yra skysčio, iš kurio išgaruoja, paviršiaus plotas: iš siauro grafino jis vyks lėčiau nei iš plačios lėkštės. Panagrinėkime šį procesą molekuliniu lygmeniu: molekulės, turinčios pakankamai energijos (greičio), kad įveiktų gretimų molekulių trauką, išsiveržia iš medžiagos (skysčio) ribų. Tokiu atveju skystis netenka dalies energijos (atvėsta). Pavyzdžiui, labai karštas skystis: pučiame ant jo paviršiaus, kad atvėsintume, o tuo pačiu pagreitiname garavimo procesą. Termodinaminės pusiausvyros tarp skysčio ir garų, esančių garų-dujų mišinyje, pažeidimas paaiškinamas temperatūros šuoliu fazės sąsajoje. Tačiau šio šuolio paprastai galima nepaisyti ir galima daryti prielaidą, kad dalinis slėgis ir garų koncentracija sąsajoje atitinka jų vertes sočiųjų garų, turinčių skysčio paviršiaus temperatūrą. Jei skysčio ir garų-dujų mišinys yra nejudantis, o laisvos konvekcijos įtaka juose yra nereikšminga, garavimo metu susidarę garai pašalinami nuo skysčio paviršiaus į dujinę terpę daugiausia dėl molekulinės difuzijos ir atsiradimo. masės fazės sąsajos, kurią sukelia pastaroji su pusiau pralaidžiu (nepralaidžiu dujoms) paviršiumi (vadinamuoju Stefanovskiu) garų ir dujų mišinio srautu, nukreiptu nuo skysčio paviršiaus į dujinę terpę (žr. Difuzija). Temperatūros pasiskirstymas esant įvairiems skysčio garavimo aušinimo režimams. Šilumos srautai nukreipiami: a - iš skystosios fazės į garavimo paviršių į dujinę fazę; b - nuo skystos fazės tik iki garavimo paviršiaus; c - į garinimo paviršių iš abiejų fazių; d - į garavimo paviršių tik iš dujinės fazės pusės. Į slėgio ir šiluminės difuzijos poveikį inžineriniuose skaičiavimuose dažniausiai neatsižvelgiama, tačiau šiluminės difuzijos įtaka gali būti reikšminga, kai garų ir dujų mišinys yra labai nevienalytis (su dideliu skirtumu molinės masės jo komponentai) ir reikšmingi temperatūros gradientai. Kai viena ar abi fazės juda savo sąsajos atžvilgiu, padidėja garų-dujų mišinio ir skysčio konvekcinio medžiagos ir energijos perdavimo vaidmuo. Nesant energijos tiekimo į skystųjų dujų sistemą iš išorės. šilumos šaltiniai Garinimas į paviršinį skysčio sluoksnį gali būti tiekiamas iš vienos arba abiejų fazių. Skirtingai nuo susidarančio medžiagos srauto, kuris visada nukreipiamas garuojant iš skysčio į dujinę terpę, šilumos srautai gali turėti skirtingas kryptis, priklausomai nuo skysčio masės tl temperatūros santykio, fazės ribos tgr ir dujinės terpės. tg. Kai tam tikras skysčio kiekis liečiasi su pusiau begaliniu tūriu arba dujinės terpės srautu, plaunančiu jo paviršių ir esant aukštesnei nei dujų temperatūrai skysčio temperatūrai (tl > tg > tg), šilumos srautas iš skysčio į fazių sąsaja: (Qlg = Ql - Qi, kur Qi – garavimo šiluma, Qlg – šilumos kiekis, perduotas iš skysčio į dujinę terpę. Šiuo atveju skystis atšaldomas (vadinamasis garavimo aušinimas). Jei dėl tokio aušinimo pasiekiama lygybė tgr = tg, šilumos perdavimas iš skysčio į dujas sustoja (Qlg = 0) ir visa šiluma, tiekiama iš skysčio pusės į sąsają, išleidžiama išgaravimui (Ql = Qi). Dujinėje terpėje, neprisotintoje garais, pastarosios dalinis slėgis fazių sąsajoje ir ties Ql = Qi išlieka didesnis nei didžiojoje dujų dalyje, dėl ko skystis išgaruoja ir garuoja. nesustoja ir tgr tampa mažesnis už tl ir tg. Šiuo atveju šiluma į sąsają tiekiama iš abiejų fazių, kol, sumažėjus tl, pasiekiama lygybė tgr = tl ir šilumos srautas iš skysčio pusės sustoja, o iš dujų terpės Qgl tampa lygus Qi. Tolesnis skysčio išgaravimas vyksta tada, kai pastovi temperatūra tm = tl = tgr, kuri vadinama aušinimo skysčiu riba garuojant aušinant arba drėgno termometro temperatūra (kaip tai rodo psichrometro drėgnas termometras). Tm reikšmė priklauso nuo garų-dujų terpės parametrų ir šilumos bei masės perdavimo tarp skysčio ir dujų fazių sąlygų. Jei skirtingos temperatūros skysta ir dujinė terpė yra riboto tūrio, kuris negauna energijos iš išorės ir neišleidžia jos į išorę, garavimas vyksta tol, kol tarp dviejų fazių susidaro termodinaminė pusiausvyra, kurioje abi fazės yra išlygintos su pastovia sistemos entalpija, o dujų fazė prisotinama garais esant sistemos temperatūrai tad. Pastaroji, vadinama adiabatinio dujų prisotinimo temperatūra, nustatoma tik pagal pradinius abiejų fazių parametrus ir nepriklauso nuo šilumos bei masės perdavimo sąlygų. Izoterminio garavimo greitis [kg/(m 2 s)], kai garai viena kryptimi sklinda į stacionarų d, [m] storio dvejetainio garų ir dujų mišinio sluoksnį, esantį virš skysčio paviršiaus, galima rasti naudojant Stefano formulę: , kur D yra abipusės difuzijos koeficientas, [m 2 /Su]; - dujų pastovūs garai, [J/(kg K)] arba [m 2 /(s 2 K)]; T - mišinio temperatūra, [K]; p - garų-dujų mišinio slėgis, [Pa]; - dalinis garų slėgis prie mišinio sluoksnio sąsajos ir išorinės ribos, [Pa]. Bendruoju atveju (judantis skystis ir dujos, neizoterminės sąlygos) ribiniame skysčio sluoksnyje, esančiame greta sąsajos, impulso perdavimą lydi šilumos perdavimas, o ribiniame dujų sluoksnyje (garų-dujų mišinyje) susieta šiluma. ir vyksta masės perdavimas. Šiuo atveju garavimo greičiui apskaičiuoti naudojami eksperimentiniai šilumos ir masės perdavimo koeficientai, o santykinai paprastesniais atvejais – apytiksliai diferencialinių lygčių sistemos skaitinių sprendimų metodai konjuguotų ribinių dujų ir skysčio fazių sluoksniams. Masės perdavimo intensyvumas garuojant priklauso nuo garų cheminių potencialų skirtumo sąsajoje ir garų-dujų mišinio tūryje. Tačiau, jei galima nepaisyti baro ir šiluminės difuzijos, cheminių potencialų skirtumas pakeičiamas dalinių slėgių arba garų koncentracijų skirtumu ir imama taip: jп = bp (рп, gr - рп, bazinis) = bpp(уп , гр - уп, bazinis) arba jп = bc( cп, gr - sp, pagrindinis), kur bp, bc - masės perdavimo koeficientas, p - mišinio slėgis, rp - dalinis garų slėgis, yп = pп/p - molinė koncentracija garai, cп = rп/r - garų masės koncentracija, rп, r - vietiniai garų ir mišinių tankiai; indeksai reiškia: „gr“ - ties fazės riba, „bazinis“ - pagrindinėje. mišinio svorio. Garavimo metu skysčio išskiriamo šilumos srauto tankis yra [J/(m2 s)]: q = azh(tl - tg) = rjп + ag (tg - tg), kur azh, ag - šilumos perdavimo koeficientas iš skysčio ir dujos , [W/(m 2 K)]; r - šiluma Garavimas, [J/kg]. Esant labai mažiems garavimo paviršiaus kreivio spinduliams (pavyzdžiui, išgaruojant mažiems skysčio lašams), atsižvelgiama į skysčio paviršiaus įtempimo įtaką, todėl pusiausvyros garų slėgis virš sąsajos. yra didesnis nei to paties skysčio sočiųjų garų slėgis virš lygaus paviršiaus. Jei tgr ~ tl, tai skaičiuojant garavimą galima atsižvelgti tik į šilumos ir masės perdavimą dujų fazėje. Esant santykinai mažam masės perdavimo intensyvumui, apytiksliai galioja šilumos ir masės perdavimo procesų analogija, iš kurios išplaukia: Nu/Nu0 = Sh*/Sh0, kur Nu = ag l/lg yra Nuselto skaičius, l yra būdingas garavimo paviršiaus dydis, lg yra šilumos laidumo koeficientas garų ir dujų mišinys, Sh* = bpyг, grl/Dp = bccг, grl/D - Šervudo skaičius garų srauto difuzijos komponentui, Dp = D/ RPT – difuzijos koeficientas, susijęs su dalinio garo slėgio gradientu. Bp ir bc reikšmės apskaičiuojamos iš aukščiau pateiktų ryšių, skaičiai Nu0 ir Sh0 atitinka jп: 0 ir gali būti nustatomi pagal duomenis apie atskirai vykstančius šilumos ir masės perdavimo procesus. Bendro (difuzinio ir konvekcinio) garų srauto skaičius Sh0 randamas Sh* padalijus iš molinės (yg, g) arba masės (cg, g) dujų koncentracijos sąsajoje, priklausomai nuo to, kuri varomoji jėga masės perdavimas priskiriamas koeficientui b. Nu ir Sh* panašumo lygtys garinimo metu, be įprastų kriterijų (Reinoldso skaičiai Re, Archimedo Ar, Prandtl Pr arba Schmidt Sc ir geometriniai parametrai), apima parametrus, kuriuose atsižvelgiama į skersinio garų srauto įtaką ir laipsnį. garų ir dujų mišinio nevienalytiškumas (jo komponentų molinių masių arba dujų konstantų santykis) nuo profilių, greičių, temperatūrų ar koncentracijų ribinio sluoksnio skerspjūvyje. Esant mažiems jp, kurie reikšmingai nepažeidžia garų-dujų mišinio judėjimo hidrodinaminio režimo (pavyzdžiui, garinant vandenį į atmosferos orą) ir temperatūros bei koncentracijos laukų kraštinių sąlygų panašumo, įtaka. papildomų argumentų panašumo lygtyse yra nereikšmingas ir gali būti nepaisomas, darant prielaidą, kad Nu = Sh. Kai daugiakomponenčiai mišiniai išgaruoja, šie modeliai tampa daug sudėtingesni. Šiuo atveju mišinio komponentų garavimo šiluma ir skystųjų bei garų-dujų fazių, kurios yra pusiausvyroje, yra skirtingos ir priklauso nuo temperatūros. Kai išgaruoja dvejetainis skysčio mišinys, gautame garų mišinyje yra santykinai daugiau lakesnio komponento, neįskaitant tik azeotropinių mišinių, kurie išgaruoja kraštutiniuose būsenos kreivių taškuose (maksimaliai arba minimumai) kaip grynas skystis. Bendras garuojančio skysčio kiekis didėja didėjant skysčio ir dujų fazių kontaktiniam paviršiui, todėl įrenginių, kuriuose vyksta garavimas, konstrukcijos numato garavimo paviršiaus padidėjimą sukuriant didelis veidrodis skystis, suskaidytas į sroveles ir lašus arba suformuojant plonas plėveles, tekančias purkštukų paviršiumi. Šilumos ir masės perdavimo intensyvumo padidėjimas garuojant taip pat pasiekiamas didinant dujinės terpės greitį skysčio paviršiaus atžvilgiu. Tačiau padidinus šį greitį neturėtų per daug skysčio patekti į dujinę aplinką ir žymiai padidėti aparato hidraulinis pasipriešinimas. Garinimas plačiai naudojamas pramonėje medžiagoms valyti, medžiagoms džiovinti, skystiems mišiniams atskirti ir oro kondicionavimui. Vandens išgarinimo aušinimas naudojamas įmonių cirkuliacinėse vandens tiekimo sistemose. Wikimedia fondas. 2010 m. Perėjimas vandenyje iš skystos arba kietos agregacijos būsenos į dujinę būseną (garai). Paprastai fluidizacija suprantama kaip skysčio perėjimas į garus, vykstantis ant laisvo skysčio paviršiaus. I. kietieji kūnai vadinami. sublimacija arba sublimacija. Priklausomybė nuo slėgio...... Fizinė enciklopedija Garavimas vyksta ant laisvo skysčio paviršiaus. Garavimas nuo kietos medžiagos paviršiaus vadinamas sublimacija... Didelis enciklopedinis žodynas
Yra du būdai, kaip skystis virsta dujine: garavimas ir virimas. Šie du metodai skiriasi tuo, kad išgaruoja nuo skysčio paviršiaus, o virimas vyksta visame tūryje. Virimas yra greitas procesas, o nuo verdančio vandens už trumpalaikis pėdsakų nelieka, virsta garais. Garavimas vyksta bet kokioje temperatūroje, nepriklausomai nuo slėgio, kuri normaliomis sąlygomis visada yra artima 760 mm Hg. Art. Garinimas, skirtingai nei virimas, yra labai lėtas procesas. Odekolono butelis, kurį pamiršome uždaryti, po kelių dienų bus tuščias; Lėkštė su vandeniu sėdės ilgiau, tačiau anksčiau ar vėliau ji pasirodys sausa. Garavimo greitis priklauso nuo kelių priežasčių: A) Garavimo greitis priklauso nuo skysčio rūšies. Skystis, kurio molekulės traukia viena kitą mažesne jėga, greičiau išgaruoja. Iš tiesų, šiuo atveju jis gali įveikti gravitaciją ir išskristi iš skysčio. didesnis skaičius molekulių. B) Garavimas vyksta tuo greičiau, kuo aukštesnė skysčio temperatūra. Kuo aukštesnė skysčio temperatūra, tuo daugiau jame greitai judančių molekulių, galinčių įveikti aplinkinių molekulių patrauklias jėgas ir nuskristi nuo skysčio paviršiaus. C) Skysčio garavimo greitis priklauso nuo jo paviršiaus ploto. Ši priežastis paaiškinama tuo, kad skystis išgaruoja nuo paviršiaus ir kodėl didesnis plotas skysčio paviršiaus, tuo daugiau molekulių vienu metu skrenda iš jo į orą. D) Su vėju skystis išgaruoja greičiau. Kartu su molekulių perėjimu iš skysčio į garus, atvirkštinis procesas. Atsitiktinai judant skysčio paviršiumi, kai kurios jį palikusios molekulės vėl grįžta į jį. Todėl skysčio masė uždarame inde nekinta, nors skystis ir toliau garuoja. Tyrimui jums reikės: A) įvairaus skerspjūvio ploto stikliniai indai, stiklinės B) mokyklinės svarstyklės C) įvairaus tankio skysčiai (gėlas vanduo, alkoholis, saulėgrąžų aliejus) D) morkos, bulvės, obuoliai, juoda duona D) termometras A) Garavimo greičio priklausomybės nuo garuojamų skysčių tipo tyrimas. Norėdami ištirti šią priklausomybę, studentai paima 3 vienodus indus, užpildo juos alkoholiu, gėlu vandeniu, saulėgrąžų aliejumi ir stebi garavimą. Užrašykite eksperimento pradžios datą ir laiką, paeiliui įrašydami kiekvieno tiriamo skysčio visiško išgaravimo laiką. Remiantis matavimo rezultatais, sudaroma lentelė, kurioje užregistruojamas skysčio garavimo greitis pagal sumažinimo laipsnį. Skysčio tipas 24. 11. 25. 11. 27. 11. 1. 12. 10. 12. 15. 12. 20. 12. 2006 2006 2006 2006 2006 2006 2006 Gėlas vanduo 10mg 8mg 5mg 2mg 1mg 0mg 0mg Alkoholis 10mg 7mg 4mg 0mg 0mg 0mg 0mg Sūdytas sviestas 10mg 9,5mg 9mg 8mg 7mg 6mg 5mg Kadangi garinimo procesas plačiai naudojamas džiovinant vaisius, uogas, daržoves ir grybus, ši užduotis turi didelę praktinę reikšmę. Studentai eksperimentiškai nustato kiekvienos rūšies džiovintų produktų išeigą procentais ir sudaro džiovintų žemės ūkio produktų derliaus lentelę: Produkto rūšis Šviežio produkto svoris Džiovinto produkto svoris Džiovinto produkto išeiga, % pradinio svorio Obuoliai 207g 300mg 31g 15% Morkos 34g 300mg 4g 900mg 14% Bulvės 80g 710mg 16g 9mg 21% Duona (juoda) 46g 100mg 25g 250mg 55% Teorijos ir eksperimento rezultatų praktinis taikymas. Remdamiesi gautais duomenimis, mokiniai nusprendė paskaičiuoti realų pelną iš vieno juodos duonos kepalo, skirto spirgučių gamybai. 1. duonos kepalas (750g) – 10 rublių. 1. pakelis krekerių (50 g) – 6 rub. Naudodamiesi lentelės duomenimis, apskaičiavome, kiek krekerių gaunama iš vieno duonos kepalo: 46,1 g – 25,25 g Iš viso: 411 g Paskaičiuokime, kiek šių krekerių pakelių galime pagaminti: 411/50 = 8,2 (paketai) Tada vienos pakuotės kaina: 8,2 * 6 = 49,2 (rub.) 49,2–10 = 39,2 (rub.) Tačiau reikia atsižvelgti į gamybos sąnaudas, darbo užmokesčio darbuotojai ir pakavimas. Nors dalį sumos gali kompensuoti tai, kad duona pirkta ne šviežia, laiku neparduota. Pagal gautus duomenis skysčio išgaravimas priklauso nuo jų tankio: nei didesnis tankis, tuo lėčiau išgaruoja skystis. Skysčio tipas Skysčio tankis, kg/kub. m Garavimo laikas, valandos. Gėlas vanduo 1000 580 Alkoholis 800 145 Saulėgrąžų aliejus 1000 5800 Atkreiptinas dėmesys į tai, kad esant vienodam gėlo vandens tankiui ir saulėgrąžų aliejus, skiriasi šių skysčių garavimo greitis (mokiniai patys skaičiavo aliejaus tankį, naudodami stiklinę ir mokinių svarstykles). Pasitelkus papildomą literatūrą ir žinias, jau įgytas iš chemijos kurso, šį faktą galima paaiškinti tuo, kad vanduo yra neorganinė medžiaga, o tarp molekulių yra ypatingas ryšys – vandenilis. Šis ryšys labai silpnas. Aliejus reiškia organinės medžiagos. Tai trihidroalkoholio glicerolio esteriai ir karboksirūgštys. Dėl sudėtingos struktūros šis ryšys bus daug stabilesnis. B) Garavimo nuo skysčio temperatūros tyrimas. Įjungta dujinė viryklėĮdėkite indą su vandeniu ir užvirinkite. Tada mokiniai nuleidžia indus skysčiais: alkoholiu ir gėlu vandeniu. Pagal medžiagų virimo taškų lentelę nustatome, kad vandens virimo temperatūra yra 100 laipsnių, o alkoholio - 78 laipsnių. Skysčių tūris ir garavimo plotas yra vienodi. Medžiagos pavadinimas Garavimas kambario temperatūroje, valandos. Garavimas virimo temperatūroje, valandos. Alkoholis 30 0,07 Gėlas vanduo 120 0,25 Tyrimas parodė, kad esant aukštesnei temperatūrai, garavimas vyksta greičiau nei kambario temperatūroje. Šis reiškinys paaiškinamas tuo, kad kylant temperatūrai didėja molekulių greitis, jos lengvai palieka skysčio paviršių. C) Garavimo greičio priklausomybės nuo išgaravusių skysčių paviršiaus ploto tyrimas. Eksperimentui jums reikės: A) 3 rūšių skysčiai (gėlas vanduo, alkoholis, saulėgrąžų aliejus) B) 3 stiklinių rinkiniai, kurių kiekviename yra po 3 stiklines su skirtingais laisvo paviršiaus plotais. Apskaičiuojame išgaravusių skysčių paviršiaus plotus: Skysčio tipas Stiklinės skersmuo, cm Pjūvio plotas, cm Didysis 6,6 34,1946 m Vidurkis 3,5 9,61625 Mažas 3 7 065 Skysčio tipas Garavimo laikas, valandos, didelis Garavimo laikas, valandos, vidutinis Garavimo laikas, valandos, mažas Gėlas vanduo 120 420 580 Alkoholis 30 105 145 Saulėgrąžų aliejus 1200 4100 5800 (Studentai apskaičiavo eksperimentą su aliejumi, naudodami išgaravusios aliejaus dalies ir laiko, per kurį jis išgaravo, santykį) Baigę eksperimentą padarėme išvadą: garavimo greitis yra tiesiogiai proporcingas laisvo paviršiaus plotui. Eksperimente būtina atsižvelgti į netikslumą ir matavimo paklaidą. D) Garavimo greičio priklausomybės nuo vėjo tyrimas. Eksperimentui jums reikės: A) 2 rūšių skysčiai (alkoholis, gėlas vanduo) B) 4 vienodi indai. Medžiagos pavadinimas Be vėjo, laikrodis Su vėju, laikrodis Gėlas vanduo 120 19 Eksperimentas rodo, kad esant vėjui, garavimas vyksta greičiau nei tada, kai nėra vėjo. Ši patirtis paaiškina greitą skalbinių ir balų džiūvimą po lietaus. Atsiranda nuo laisvo skysčio paviršiaus. Sublimacija, arba sublimacija, t.y. Medžiagos perėjimas iš kietos būsenos į dujinę dar vadinamas garavimu. Iš kasdienių stebėjimų žinoma, kad bet kokio skysčio (benzino, eterio, vandens), esančio atvirame inde, kiekis palaipsniui mažėja. Skystis nedingsta be pėdsakų – virsta garais. Garinimas yra viena iš rūšių garinimas. Kitas tipas yra virimas. Kaip vyksta garavimas? Bet kurio skysčio molekulės juda nuolat ir atsitiktinai, ir kuo aukštesnė skysčio temperatūra, tuo daugiau kinetinė energija molekulių. Vidutinė kinetinės energijos vertė turi tam tikrą vertę. Tačiau kiekvienos molekulės kinetinė energija gali būti didesnė arba mažesnė už vidutinę. Jei šalia paviršiaus yra molekulė, kurios kinetinės energijos pakanka, kad įveiktų tarpmolekulinės traukos jėgas, ji išskris iš skysčio. Tas pats bus kartojamas su kita greita molekule, su antra, trečia ir tt Išskrisdamos šios molekulės virš skysčio susidaro garai. Šių garų susidarymas yra garavimas. Išgarinant iš skysčio išskrenda greitesnės molekulės, vidutinė skystyje likusių molekulių kinetinė energija tampa vis mažesnė. Tai reiškia, kad mažėja garuojančio skysčio vidinė energija. Todėl, jei skysčiui nėra energijos antplūdžio iš išorės, garuojančio skysčio temperatūra sumažėja, skystis atvėsta (todėl, ypač šlapiais drabužiais, žmogui yra šaltiau nei sausais, ypač vėjas). Tačiau kai į stiklinę pilamas vanduo išgaruoja, nepastebime jo temperatūros sumažėjimo. Kaip mes galime tai paaiškinti? Faktas yra tas, kad garavimas šiuo atveju vyksta lėtai, o vandens temperatūra palaikoma pastovi dėl šilumos mainų su aplinkiniu oru, iš kurio jis patenka į skystį. reikalinga sumašiluma. Tai reiškia, kad tam, kad skystis išgaruotų nekeičiant jo temperatūros, skysčiui turi būti suteikta energija. Vadinamas šilumos kiekis, kuris turi būti perduotas skysčiui, kad susidarytų vienetinė garų masė pastovioje temperatūroje garavimo šiluma. Skirtingai nei verdantis, garavimas vyksta bet kokioje temperatūroje, tačiau, kylant skysčio temperatūrai, garavimo greitis didėja. Kuo aukštesnė skysčio temperatūra, tuo daugiau greitai judančių molekulių turi pakankamai kinetinės energijos, kad įveiktų gretimų dalelių traukos jėgas ir išskristų iš skysčio, tuo greičiau vyksta išgaravimas. Garavimo greitis priklauso nuo skysčio rūšies. Lakieji skysčiai, kurių tarpmolekulinės sąveikos jėgos nedidelės (pavyzdžiui, eteris, alkoholis, benzinas), greitai išgaruoja. Jei tokį skystį lašinsite ant rankos, jausitės šalti. Išgaruodamas nuo rankos paviršiaus, toks skystis atvės ir atims iš jo šiek tiek šilumos. Skysčio garavimo greitis priklauso nuo jo laisvo paviršiaus ploto. Tai paaiškinama tuo, kad skystis išgaruoja nuo paviršiaus, o kuo didesnis skysčio paviršiaus plotas, tuo daugiau molekulių vienu metu skrenda į orą. Atvirame inde skysčio masė palaipsniui mažėja dėl garavimo. Taip yra dėl to, kad dauguma garų molekulių išsisklaido į orą negrįždami į skystį (skirtingai nei tai, kas vyksta uždarame inde). Tačiau nedidelė jų dalis grįžta į skystį, taip sulėtindama garavimą. Todėl su vėju, kuris išneša garų molekules, skystis išgaruoja greičiau. Žaidžia garavimas svarbus vaidmuo energijoje, šaldymo technologija, džiovinimo procesuose, garuojantis aušinimas. Pavyzdžiui, kosmoso technikoje nusileidžiančios transporto priemonės yra padengtos greitai garuojančiomis medžiagomis. Praskridęs per planetos atmosferą, prietaiso korpusas dėl trinties įkaista, o jį dengianti medžiaga pradeda garuoti. Išgaruodamas jis aušina erdvėlaivį, taip apsaugodamas jį nuo perkaitimo. Kondensatas(iš lat. kondensatas- tankinimas, kondensacija) - medžiagos perėjimas iš dujinės būsenos (garų) į skystą arba kietą. Yra žinoma, kad esant vėjui, skystis išgaruoja greičiau. Kodėl? Faktas yra tas, kad kartu su išgaravimu nuo skysčio paviršiaus susidaro kondensatas. Kondensacija atsiranda dėl to, kad kai kurios garų molekulės, atsitiktinai judančios virš skysčio, vėl grįžta į jį. Vėjas išneša iš skysčio išskrendančias molekules ir neleidžia joms sugrįžti. Kondensacija taip pat gali atsirasti, kai garai nesiliečia su skysčiu. Būtent kondensacija paaiškina, pavyzdžiui, debesų susidarymą: vandens garų molekulės, kylančios virš žemės, šaltesniuose atmosferos sluoksniuose, susigrupuoja į mažyčius vandens lašelius, kurių sankaupos yra debesys. Dėl vandens garų kondensacijos atmosferoje taip pat atsiranda lietus ir rasa. Garuodamas skystis atvėsta ir, tapdamas šaltesnis už aplinką, pradeda sugerti savo energiją. Kondensacijos metu, priešingai, išleidžiamas tam tikras šilumos kiekis aplinką, o jo temperatūra šiek tiek pakyla. Vienetinės masės kondensacijos metu išsiskiriantis šilumos kiekis lygus garavimo šilumai.Kaip išgaruoja skystis
Vaidmuo augalų gyvenime
Ryšys su žmogumi
bendrosios charakteristikos
Molekulinis lygis
Termodinaminė pusiausvyra
Baro-, terminė difuzija
Garavimo greitis
Lygtys
Įrenginių dizainai
Taikymas
taip pat žr
Literatūra
Nuorodos
Pažiūrėkite, kas yra „Išgarinimas“ kituose žodynuose:
Garavimo mechanizmas.
Energijos sugėrimas garuojant.
Skysčio garavimo greitis.
Garavimo taikymas technologijoje.
Kondensatas.
