图7-8水和空气之间的传热过程2.传热量计算蒸发传热量Qe。冷却塔运行过程中，其传热速率的主要影响因素有气水的界面面积、相对流速、接触时间以及冷却范围等。湿球温度代表在当地气温条件下，水可能被冷却的最低温度，也是冷却设备出水温度的理论极限值。......
2023-06-19
水的蒸发散热原理及加快速度的措施
【摘要】：由于水中动能较大的水分子逸出，那么剩余的其他水分子的平均动能减小，水的温度也随之降低，使水得到冷却，这就是蒸发可以散热的主要原因。例如，湿衣服晾干、潮湿地面变成干燥以及热水在冷却塔内的冷却等都是低于沸点的情况下进行的蒸发现象。所以说，当水温小于气温的情况下，水照样会得到冷却，道理在于低于沸点下的蒸发散热。为加快水的蒸发散热速度，在冷却塔内要采取以下两条措施。
从分子运动理论来说，水的表面蒸发是由分子热运动而引起的，分子的运动又是不规则的，各分子的运动速度大小不一样，波动范围很大。当水表面的某些水分子的动能克服了水内部对它的内聚力时，这些水分子就从水面逸出，进入空气中去，这就是蒸发。由于水中动能较大的水分子逸出，那么剩余的其他水分子的平均动能减小，水的温度也随之降低，使水得到冷却，这就是蒸发可以散热的主要原因。所以水的蒸发散热是水分子运动的结果。
水的蒸发散热可以在沸腾时进行，也可以在低于沸点的温度下进行，而自然界中的蒸发散热大都是属于低于沸点的温度下进行的。例如，湿衣服晾干、潮湿地面变成干燥以及热水在冷却塔内的冷却等都是低于沸点的情况下进行的蒸发现象。所以说，当水温小于气温的情况下，水照样会得到冷却，道理在于低于沸点下的蒸发散热。
从水面逸出去的水分子，相互之间可能进行碰撞，或者逸出去的水分子与空气中已有的水分子之间进行相互碰撞，那么又可能重新进入到水中。如果在单位时间内逸出水分子多于回到水面中的水分子，那么水就不断地蒸发，水温也不断地降低，水得到冷却。
水的表面蒸发可在水温低于沸点的情况下进行，此时，水和空气的交界面上存在着蒸气的压力差，一般认为水与空气的接触中，在其交界面处存在着一层极薄的饱和气层，称为水面饱和气层。水首先蒸发到饱和气层中去，然后再扩散到空气中去。
设水面饱和气层的温度为t′，水面的温度为tf，水滴越小或水膜越薄，t′与tf就越接近。设水面饱和气层的饱和水蒸气分压力为P″q，远离水面空气的温度为θ，（θ为干球温度），远离水面空气的分压力为Pq，那么它们的分压力差为：
这个ΔPq就是水分子向空气中蒸发扩散的推动力，只要存在P″q＞Pq（即ΔPq为正值），那么水的表面一定产生蒸发，水一定会冷却，而与水面的温度tf是高于还是低于水面以上的空气温度θ无关。如果说蒸发所消耗热量用Hβ表示，那么在P″q＞Pq的条件下，蒸发的热量Hβ总是由水面跑向空气，水中的热量总是减小的。
为加快水的蒸发散热速度，在冷却塔内要采取以下两条措施。
（1）增加热水与空气之间的接触面积 接触面积越大，水分子逸出去的机会越多，蒸发散热就越快。水与空气的接触主要在冷却塔内的淋水填料中进行，一方面要求水在淋水填料中形成的水滴越小越好、水膜越薄越好；另一方面要求填料本身越薄越好，即填料的面积越大越好。
（2）提高填料中水膜（或水滴）的水面空气流动速度 提高填料中水膜（或水滴）的水面空气流动速度，使从水面逸出的水蒸气分子迅速地扩散到冷却塔外部的空气中去，维持扩散的推动力为常数，即不使ΔPq降低下来。如果不迅速地排除逸出水蒸气分子，就会使空气中的水蒸气分压力Pq升高，使ΔPq=P″q-Pq值变小（蒸发推动力减小），不利于蒸发。所以要保持一定的风量和风速。
水的蒸发散热量可用式（3-2）计算：
式中 Hβ——蒸发散热量，kcal/（m2·h）
qβ——蒸发量，kg/（m2·h）
λ——汽化热，kcal/kg，1kg水的汽化热为597.3kcal
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