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小木蟲論壇-學術科研互動平臺 » 專業(yè)學科區(qū) » 物理 » 基礎物理 » 關于蒸發(fā)速率的問題
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yelanghaiyun新蟲 (小有名氣)
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[求助]
關于蒸發(fā)速率的問題 已有1人參與
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| 現(xiàn)在有一個問題，一個直徑幾百微米的液滴滴在二百度的不銹鋼基體上，該液滴含有體積比10%的納米顆粒，隨后溶劑（水或者酒精）會馬上會發(fā)，納米顆粒留在基體上。問題：如何求出溶劑的揮發(fā)時間，精確到數(shù)量級級別就可以了，有相關的計算公式嗎？如何計算？或者有相關關于這種問題的文獻，書籍嗎？ |
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2樓2015-08-01 13:12:42
yelanghaiyun
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我這個問題源于這樣一個現(xiàn)實問題： 在等離子焰流中注入液滴后，最終會在不銹鋼基體上形成納米扁平離子堆，通過納米堆尺寸和固體體積比反推出液滴的大小，然后計算這么大的液滴在基體上會在多長時間內(nèi)蒸發(fā)完。 前面表述有誤，為了獲得最大的蒸發(fā)速率，假定不銹鋼基體溫度為130℃，水膜的溫度固定為100℃，初步根據(jù)相關尺寸，由Rohsenow（羅森納）公式可獲得液滴的蒸發(fā)時間為5ms級。 與此同時，我還想知道這么短的時間內(nèi)蒸發(fā)需要獲得熱量基體能否提供？這時候需要建立基體和液滴的整體模型，進行非穩(wěn)態(tài)傳熱分析，但模型的而建立困難重重，目前還沒有找到相關的關于基體表面蒸發(fā)的傳熱分析的例題... |
3樓2015-08-03 15:32:01
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我比較關心常溫常壓下的蒸發(fā)過程。樓主的題目涉及沸騰過程。就比較復雜了。 不過，我猜想，按照氣態(tài)方程和沸騰溫度就可以直接求得一個理想的蒸發(fā)速度（速率）來。然后通過液滴的質(zhì)量推算出液滴的蒸發(fā)速度。130度的基體，（比200度低了不少，）估計就是毫秒級的干燥速度了。 至于基體是否能提供足夠的熱量，對于液滴來說，一次性的液滴，應該沒有這個問題，必須是連續(xù)的液流才有這樣的問題。 不用想，就這基體肯定是不能連續(xù)提供這足夠的能量的。液體的比熱和氣化熱，比金屬的比熱和導熱（能力？）大了5百到7百倍，你需要以一比幾百的速率隨時更換新的高溫的基體，才能保證基體的溫度不變。例如把基體做成薄壁空心的球，內(nèi)部用高速流動的130度的金屬液體或油來提供恒溫，（這個方法我以前試過，但是溫度沒有130度那么高，所以我是用加熱過的機油的）靠等離子焰流這點熱量是遠不夠的。 不知道樓主是搞作業(yè)還是搞項目。 |
4樓2015-08-03 20:45:50
yelanghaiyun
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您好。 我是做實驗過程中遇到了這個問題。發(fā)現(xiàn)，在ms級的時間間隔內(nèi)，液滴似乎并不能完全蒸發(fā)，導致沉積效率較低。因此，想從理論計算方面進行考慮，找到問題所在，或者更換比熱更小的液體。 您提到的“液體的比熱和氣化熱，比金屬的比熱和導熱（能力？）大了5百到7百倍”，說的是？ 比如：100℃水的比熱為4217J/（kg.K），熱導率為0.68W/（m.K），不銹鋼的比熱為500J/（kg.K），熱導率為17W/（m.K）。您指的“5百到7百倍”是說？ 您提到的“至于基體是否能提供足夠的熱量，對于液滴來說，一次性的液滴，應該沒有這個問題，必須是連續(xù)的液流才有這樣的問題�！� 由于液滴是霧化過的，且同一點同一時刻也就噴了幾個液滴而已，因此假定不存在連續(xù)流問題，暫將模型簡化為一個液滴碰撞基體的過程。在這個過程中，我約定了時間條件，比如，5ms，要求液滴在5ms內(nèi)蒸發(fā)完，在這個過程中基體要保證供熱能力，下一個時間點會有第二個液滴打過來。這里并不是無限長時間，如果時間足夠長，基體必然能夠保證供熱能力，這個問題就沒有意義了。 所以，現(xiàn)在就需要計算，保證5ms內(nèi)供熱，基體需要多厚？基體的溫降是怎樣的？... |
5樓2015-08-04 16:49:02
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哎呦，我指的是氣化熱。 顯然微滴的氣化過程是要從基體上得到熱量的。就水的汽化熱就比水的比熱（這里值考慮熱量的量度，單位暫時不去講究了）高了500多倍。 可以講（在地球上）沒有一種基體可以保持130的恒溫而使其表面液滴在氣化過程中不降溫的。 《這里并不是無限長時間，如果時間足夠長，基體必然能夠保證供熱能力，這個問題就沒有意義了。》這個說法是有問題的。 液滴蒸發(fā)需要的能量能得到滿足，液滴就可以在計算的時間內(nèi)揮發(fā)殆盡。這個要求的能量得不到滿足，就會延長揮發(fā)的時間。這里能量得不到滿足的瓶頸是基體的熱傳導能力。 《在ms級的時間間隔內(nèi)，液滴似乎并不能完全蒸發(fā)，導致沉積效率較低�！� 這里液滴似乎不能完全蒸發(fā)。 這就是說明，基體的溫度下降了。基體根本供應不了微滴蒸發(fā)所需要的熱量，所以使得液滴蒸發(fā)不完。如果像我所介紹的那樣，基體的內(nèi)部用高速流動的油供熱可以提高一點點熱帶供應條件�；蛘哒f把又問適當?shù)奶岣撸俣ㄕf是180度）這樣在微滴蒸發(fā)的條件下，基體的穩(wěn)點溫度剛好在130度，那么這些液滴就必然地在毫秒級的時間內(nèi)蒸發(fā)了。 有一點需要注意的，現(xiàn)代的熱工測量器件還不足以對微滴所達到的微小表面進行毫秒級以上的反應靈敏度。也許你的恒溫系統(tǒng)表明溫度是恒定的，但是在這個微滴的局部面積內(nèi)溫度必定是瞬間變化的。 另外，你用的等離子焰應該會擾亂整個溫度的恒定狀態(tài)的。我想。 我以前做過的實驗是在恒溫的條件下的，即：周圍的空氣的溫度，液滴的溫度，還有基體的溫度三者全部都是相同的溫度（常溫，0-45度之間）條件下的。我的液滴是用針管滴上去的，液滴的大小大約是1-1.5毫米直徑（半顆芝麻大�。�，即使在0度左右，這些液滴也可以在幾十毫秒的時間間隔里蒸發(fā)完，但是動用了一個很大的油泵才做到的。 現(xiàn)在是否有什么光學的非接觸式的精密點溫度計？也許能測出基體上微點的溫度波動。 還有一個重要的因素，不知道你是在敞開還是在密閉的環(huán)境里做的？ |
6樓2015-08-05 11:51:48
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