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3-2.水的蒸發和擴散

水的蒸發和擴散

為了使水蒸發並作為水蒸氣移動,材料表面和對流層空氣之間必須存在水蒸氣壓力差。

由於材料表面上的水蒸氣已飽和,因此壓力為飽和水蒸氣壓力。 *
對流層中的壓力與濕度成正比。

例如,在25°C時的飽和水蒸氣壓力為3.17 kPa(濃度為1.28 mol / m3),在2.22 kPa(濃度為0.896 mol / m3)下相對濕度為70RH%。
3.17-2.22 = 0.95kPa的壓差是水蒸氣擴散的驅動力。

如果材料表面的飽和水蒸氣壓力為es並且對流層的水蒸氣壓力為e,
當es> e時,水蒸氣移動到對流層並繼續蒸發。
當es <e時,水蒸氣從對流層移動到氣體邊界,並且水蒸氣在表面凝結或被材料吸收。 *
水蒸氣在表面上的凝結稱為結露。

氣體境膜是通過水蒸氣在材料表面擴散而產生的。
氣體境膜的厚度根據表面積,形状和空氣流動條件而在1mm至10mm之間變化。
氣體境膜厚度的差異會影響水的蒸發速度。

在氣體境膜中產生密度差異,並且水蒸氣沿密度梯度移動。

在乾燥過程的定率乾燥階段,氣體境膜中會出現Fick擴散定律。

水的蒸發和擴散

w = -D dpv/dZ

w :單位時間内滲透的水蒸氣質量
D :擴散係数
pv:水蒸気密度
dpv/dZ: Z軸方向上的水蒸氣密度梯度

(-) 號表示水蒸氣沿密度減小的方向移動。

水蒸氣擴散係數D的等式為

The formula of the vapor diffusion coefficient D

t :温度℃
Po:標準氣壓(=1013.25hPa)
P :空氣的圧力

單位是[cm2/s]

擴散係數與絕對温度的1.75冪成正比,與壓力成反比。

水蒸氣在標準大氣壓下的擴散係數為0.220cm2 / s(0℃)。

2.56×10-5m2/s
DAB= 2.88×10-5 m2/s 是公知道.。

如果這個公式將包含水蒸氣的空氣視為理想氣體,則水蒸氣的密度與水蒸氣壓力成正比,因此可以使用水蒸氣梯度代替密度梯度。

w = -DMv/RT x de/dZ

w :單位時間内滲透的水蒸氣質量
D :擴散係數
Mv:水蒸氣的莫爾質量
R :普遍氣體定數
T :絶對温度
e :水蒸氣密度的分壓
de/dZ:水蒸氣的密度梯度

DMv / RT 也稱為與水蒸氣梯度相對應的擴散係數。

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