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凝结

凝结（英语：condensation），或称凝析，是气体遇冷而变成液体，如水蒸气遇冷变成水。温度越低，凝结速度越快。在水循环中常提到凝结[1]。像空气中的水蒸气接触到其他固体、液体表面，或是接触到云凝结核，因而形成液体，即为凝结。若气体遇冷后直接变成固体，则称为凝华。

A340机翼上凝结的水汽

凝结也是化工生产中常见的程序，以成本低的水或空气作冷凝的介质，使其他物质的温度降低。经过冷凝操作后，水或空气温度会升高，如果直接排放会造成热污染。

凝结和蒸发是作用相反的两个单元操作，蒸馏是蒸发和凝结的联合操作。

开始凝结 编辑

凝结的开始是由于气相物质中形成了团簇结构（例如云中水滴或雪花的形成），或是气态物质接触到固态或是液态的表面。

一些可逆性的现象 编辑

以下是气态/固态或是气态/液态的表面会出现的一些可逆性现象。

  • 气态物质被液态所吸收（气态和液态的物质可能相同，也可能气态物质溶解在液态中），其可逆反应为蒸发[1]。
  • 若固态表面的温度及压力大于气态物质的三相点，气态物质会吸附在固态表面，形成液滴，其可逆反应也是蒸发。
  • 固态表面的温度及压力小于气态物质的三相点，气态物质会吸附入固态结构中，也成为固态，其可逆反应为升华。

常见的凝结现象 编辑

凝结常出现在蒸气冷却或是加压到其饱和点（若是水蒸气，即为露点），气态的分子密度达到其上限。冷却或加压蒸气，再收集凝结后液体的设备称之为冷凝器。

凝结的量测 编辑

气象学中会量测在不同大气压力及温度下，水蒸气凝结成水的速率。

凝结的应用 编辑

 
在云室中的气体（有时会用水，不过多半是2-丙醇）因为接触到辐射粒子而凝结，产生类似飞机云的效果

凝结是蒸馏中很重要的一部分，蒸馏在实验以及化工应用中都很重要。

凝结是会自然发生的现象，因此人们也可以用凝结来产生大量的水，供应人们所需。许多建筑物兴建的目的就是为了让水蒸气凝结，再收集水分，例如通风井以及集雾器（英语：fog fence）。有些地区有沙漠化的情形，可以用此系统可以维持这些地区的水分，此方式保持水分的效果很好，因此有些组织教育在沙漠化地区的居民用此方式来储水，以克服水源不足的问题[2]。

凝结也是在云室中追踪粒子的关键过程。在云室中，因为入射粒子产生的离子即为凝结核，气体会在附近凝结，形成产生类似飞机云的效果。

凝结也是许多工业程序中的关键步骤，例如发电，海水淡化[3]、热管理[4]、冷冻[5]及空调[6]等程序。

和生物体的关系 编辑

许多生物是靠凝结而来的水作为水分的来源，例如澳洲的魔蜥、纳米比亚海岸的拟步行虫，以及美国西岸的加州红木。

建筑物内的凝结 编辑

 
淋浴后窗户上的水汽凝结

建筑物内的水汽凝结会导致建筑物内的湿气、霉菌相关健康问题（英语：mold health issues）、木材干腐（英语：Dry rot）或腐蚀、水泥和砖石墙壁受损，以及因为热传导的增加造成空调电费的增加，是不希望看到的现象。为了避免这些问题，需要降低室内的湿度，或是改善室内的通风。有许多可行的方式，例如开窗户、打开通风扇、使用除湿机、在室外烘干衣服、在烹调时覆盖锅碗瓢盆等。装设空调系统或是通风系统有助于将室内的湿气排出，也让建筑物内的空气可以流通[7]。若提高温度，空气中可以容纳的水蒸气量就会增加[7]，不过若温暖潮湿的空气碰到冷的表面就会凝结，空气温度降低，其中可保持的水蒸气量也会降低，这是室内常用的凝结来源，因此此一作法有其风险。

内部结构凝结可能是因为热桥效应、缺乏隔热、防潮（英语：damp proofing）、隔热玻璃（英语：insulated glazing），或是类似设备的效果不足[8]。

参见 编辑

参考资料 编辑

  1. ^ 1.0 1.1 国际纯化学和应用化学联合会，化学术语概略，第二版。（金皮书）(1997)。在线校正版: (2006–) "condensation in atmospheric chemistry"。doi:10.1351/goldbook.C01235
  2. ^ FogQuest - Fog Collection / Water Harvesting Projects - Welcome. [2018-03-02]. （原始内容存档于2009-02-23）. 
  3. ^ Warsinger, David M.; Mistry, Karan H.; Nayar, Kishor G.; Chung, Hyung Won; Lienhard V, John H. Entropy Generation of Desalination Powered by Variable Temperature Waste Heat. Entropy: 7530–7566. 2015. Bibcode:2015Entrp..17.7530W. doi:10.3390/e17117530. 
  4. ^ White, F.M. ‘Heat and Mass Transfer’ © 1988 Addison-Wesley Publishing Co. pp. 602–604
  5. ^ Q&A: Microchannel air-cooled condenser; Heatcraft Worldwide Refrigeration; April 2011; http://www.heatcraftrpd.com/landing/2011/air-cooled-condenser/res/pdfs/H-ACCMCX-QA.pdf （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  6. ^ Enright, Ryan. Dropwise Condensation on Micro- and Nanostructured Surfaces. Nanoscale and Microscale Thermophysical Engineering. 23 Jul 2014, 18 (3). doi:10.1080/15567265.2013.862889. 
  7. ^ 7.0 7.1 Condensation. Property Hive. [2018-03-03]. （原始内容存档于2013-12-13）. 
  8. ^ Condensation around the house - what causes condensation. diydata.com. [2018-03-03]. （原始内容存档于2008-01-13）. 
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