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3-2.물의 증발과 확산

3-2.물의 증발과 확산 - 건조의 과학

물이 증발해서 수증기가 되어 이동하기 위해서는, 재료표면과 대류층의 공기와의 사이에 수증기의 압력차이가 필요합니다.

재료표면의 수증기는 포화하고 있으므로, 압력은 포화 물증기압입니다.
대류층의 압력은 습도에 비례합니다.

예 로서 25℃의 포화 물증기압은 3.17kPa(농도는 1.28mol/m3), 상대 습도 70RH%은 2.22kPa(농도는 0.896mol/m3)
이 압력차이에 3.17-2.22=0.95kPa가 수증기의 확산 추진력이 됩니다.

재료표면의 포화 물증기압을 es, 대류층의 물증기압을 e로 하면,
es>e의 때는 수증기가 대류층에 이동해서 증발이 진행합니다.
es<e의 때는 대류층으로부터 기체경계막에 수증기가 이동하고, 표면에 수증기가 응축할 것인가, 재료에 흡수됩니다.
표면에 수증기가 응축해서 액화하는 것을 결로라고 합니다.

기체경계막은 재료표면의 수증기 확산에 의해 생성합니다.
기체경계막의 두께는, 표면의 넓이, 형상, 하늘 기의 흐름의 상태에 따라서 달라 1mm∼10mm이상이 됩니다.
기체경계막의 두께 차이는, 물의 증발 속도에 영향을 줍니다.

기체경계막 안에는 밀도의 차이가 생기고, 그 밀도의 구배(비탈)에 따라 수증기는 이동합니다.

건조 공정의 정률건조 기는 기체경계막에 핏쿠Fick의 확산의 법칙이 나타납니다.

3-2.물의 증발과 확산 - 건조의 과학2

w = -D dpv/dZ

w :단위시간에 투과하는 수증기의 질량
D :확산 계수
pv:수증기의 밀도
dpv/dZ: Z축방향의 수증기 밀도구배

(-)부호는, 밀도가 감소하는 방향에 수증기가 이동하는 것을 의미하고 있습니다.

수증기의 확산 계수D의 식은

수증기의 확산 계수D의 식은

t :온도℃
Po:표준기압(=1013.25hPa)
P :공기의 압력

확산 계수는 절대온도에 1.75승에 비례하고, 압력에 역비례합니다.

표준기압에서의 수증기의 확산 계수는 0.220cm2/s ( 0℃)입니다.

2.56 × 10-5m2 / s
DAB=2.88×10-5 m2/s 이라고 알고 있습니다.

이 식은 수증기를 포함하는 공기를 이상 기체 로서 다루면, 수증기의 밀도는 물증기압에 비례하므로 밀도구배의 대신 수증기구배도 사용할 수 있습니다.

w = -DMv/RT x de/dZ

w :단위시간에 투과하는 수증기의 질량
D :확산 계수
Mv:수증기의 몰 질량
R :보편기체정수
T :절대온도
e :수증기의 밀도 분압
de/dZ:수증기의 밀도구배

DMv/RT는 수증기구배에 대응하는 확산 계수라고도 불립니다.

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