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yelanghaiyun新虫 (小有名气)
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关于蒸发速率的问题 已有1人参与
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| 现在有一个问题，一个直径几百微米的液滴滴在二百度的不锈钢基体上，该液滴含有体积比10%的纳米颗粒，随后溶剂（水或者酒精）会马上会发，纳米颗粒留在基体上。问题：如何求出溶剂的挥发时间，精确到数量级级别就可以了，有相关的计算公式吗？如何计算？或者有相关关于这种问题的文献，书籍吗？ |
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2楼2015-08-01 13:12:42
yelanghaiyun
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3楼2015-08-03 15:32:01
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我比较关心常温常压下的蒸发过程。楼主的题目涉及沸腾过程。就比较复杂了。 不过，我猜想，按照气态方程和沸腾温度就可以直接求得一个理想的蒸发速度（速率）来。然后通过液滴的质量推算出液滴的蒸发速度。130度的基体，（比200度低了不少，）估计就是毫秒级的干燥速度了。 至于基体是否能提供足够的热量，对于液滴来说，一次性的液滴，应该没有这个问题，必须是连续的液流才有这样的问题。 不用想，就这基体肯定是不能连续提供这足够的能量的。液体的比热和气化热，比金属的比热和导热（能力？）大了5百到7百倍，你需要以一比几百的速率随时更换新的高温的基体，才能保证基体的温度不变。例如把基体做成薄壁空心的球，内部用高速流动的130度的金属液体或油来提供恒温，（这个方法我以前试过，但是温度没有130度那么高，所以我是用加热过的机油的）靠等离子焰流这点热量是远不够的。 不知道楼主是搞作业还是搞项目。 |
4楼2015-08-03 20:45:50
yelanghaiyun
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您好。 我是做实验过程中遇到了这个问题。发现，在ms级的时间间隔内，液滴似乎并不能完全蒸发，导致沉积效率较低。因此，想从理论计算方面进行考虑，找到问题所在，或者更换比热更小的液体。 您提到的“液体的比热和气化热，比金属的比热和导热（能力？）大了5百到7百倍”，说的是？ 比如：100℃水的比热为4217J/（kg.K），热导率为0.68W/（m.K），不锈钢的比热为500J/（kg.K），热导率为17W/（m.K）。您指的“5百到7百倍”是说？ 您提到的“至于基体是否能提供足够的热量，对于液滴来说，一次性的液滴，应该没有这个问题，必须是连续的液流才有这样的问题。” 由于液滴是雾化过的，且同一点同一时刻也就喷了几个液滴而已，因此假定不存在连续流问题，暂将模型简化为一个液滴碰撞基体的过程。在这个过程中，我约定了时间条件，比如，5ms，要求液滴在5ms内蒸发完，在这个过程中基体要保证供热能力，下一个时间点会有第二个液滴打过来。这里并不是无限长时间，如果时间足够长，基体必然能够保证供热能力，这个问题就没有意义了。 所以，现在就需要计算，保证5ms内供热，基体需要多厚？基体的温降是怎样的？... |
5楼2015-08-04 16:49:02
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哎呦，我指的是气化热。 显然微滴的气化过程是要从基体上得到热量的。就水的汽化热就比水的比热（这里值考虑热量的量度，单位暂时不去讲究了）高了500多倍。 可以讲（在地球上）没有一种基体可以保持130的恒温而使其表面液滴在气化过程中不降温的。 《这里并不是无限长时间，如果时间足够长，基体必然能够保证供热能力，这个问题就没有意义了。》这个说法是有问题的。 液滴蒸发需要的能量能得到满足，液滴就可以在计算的时间内挥发殆尽。这个要求的能量得不到满足，就会延长挥发的时间。这里能量得不到满足的瓶颈是基体的热传导能力。 《在ms级的时间间隔内，液滴似乎并不能完全蒸发，导致沉积效率较低。》 这里液滴似乎不能完全蒸发。 这就是说明，基体的温度下降了。基体根本供应不了微滴蒸发所需要的热量，所以使得液滴蒸发不完。如果像我所介绍的那样，基体的内部用高速流动的油供热可以提高一点点热带供应条件。或者说把又问适当的提高（假定说是180度）这样在微滴蒸发的条件下，基体的稳点温度刚好在130度，那么这些液滴就必然地在毫秒级的时间内蒸发了。 有一点需要注意的，现代的热工测量器件还不足以对微滴所达到的微小表面进行毫秒级以上的反应灵敏度。也许你的恒温系统表明温度是恒定的，但是在这个微滴的局部面积内温度必定是瞬间变化的。 另外，你用的等离子焰应该会扰乱整个温度的恒定状态的。我想。 我以前做过的实验是在恒温的条件下的，即：周围的空气的温度，液滴的温度，还有基体的温度三者全部都是相同的温度（常温，0-45度之间）条件下的。我的液滴是用针管滴上去的，液滴的大小大约是1-1.5毫米直径（半颗芝麻大小），即使在0度左右，这些液滴也可以在几十毫秒的时间间隔里蒸发完，但是动用了一个很大的油泵才做到的。 现在是否有什么光学的非接触式的精密点温度计？也许能测出基体上微点的温度波动。 还有一个重要的因素，不知道你是在敞开还是在密闭的环境里做的？ |
6楼2015-08-05 11:51:48