低压蒸汽环境中水蒸发界面温度和蒸发速率的实验研究

• 作者: 郭瑞丰 吴春梅 于佳佳 李友荣
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 蒸发 界面 对流 低压 温度跳跃
• 年，卷（期）: 2021,（12）
• 所属期刊栏目: 流体力学与传递现象
• 页码范围: 5489-5497
• 页数: 8页
• 分类号: TK121
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20200649

摘要

蒸发相变广泛存在于薄膜过程及晶体生长等工业生产和日常生活中，液层表面蒸发和热毛细对流相互影响、相互制约，使得蒸发界面能量传递机制变得非常复杂。为了深入了解水在低压纯蒸汽环境中的蒸发特性，对环形液池内水蒸发时的温度分布和蒸发速率进行了一系列实验研究。环形液池壁温控制在3~15℃之间，蒸发环境压力在394~1467Pa之间变化，开始测量时液层深度为10mm。结果表明，蒸发界面气相侧温度总是高于液相侧，气液界面存在明显的温度跳跃。随着压比减小，蒸发速率增加，界面温度跳跃随之增大；随着距壁面距离增加，局部蒸发速率降低，温度跳跃值减小；相同压比下，随着壁面温度的升高，气相侧热通量减小，蒸发界面温度跳跃值整体降低；在实验范围内测得的最大温度跳跃值为2.56℃。由于蒸发冷却效应和热毛细对流的耦合作用，蒸发界面下液相侧存在一个厚度为2 mm左右的温度均匀层，且壁面附近温度均匀层厚度大于中间区域厚度。在温度均匀层内，径向温度梯度诱导的热毛细对流将热量从壁面传输至气液界面以补偿蒸发所需汽化潜热；在温度均匀层以下，浮力对流和导热共同作用使得液相温度迅速升高。