Скорость звука в различных средах. Волновое уравнение, его решения для плоской волны, волновое число, удельное акустическое сопротивление. Испарение капель в неподвижном газе, не содержащем пара, страница 26

Очевидно, что в аэрозольном облаке одновременно идут процессы испарения и конденсации частиц. Над поверхностью малых капель парциальное давление паров  больше, чем над плоской поверхностью   в соответствии с уравнением Томсона- Гиббса    , в результате чего малые капли будут испаряться в насыщенной среде, а на крупных каплях пар будет конденсироваться. Это явление называют «изотермической перегонкой». На основе этого Ленгмюр получил следующие выражения для полного времени жизни капель в газе, насыщенном парами диспергированного вещества:

для                        ,                                   (3.27а)

для                          .                           (3.27б)

Как видно из этих соотношений, время жизни капель зависит от температуры. Так капли воды радиусом 1 мкм в воздухе, насыщенном водяным паром, полностью испаряются при температуре 20 ⁰С за 0.6 секунд, а при температуре 0 ⁰С – за 2 секунды.

Скорость испарения капель растворов может существенно отличаться от скорости испарения капель чистого растворителя. Растворы плохо растворимых веществ могут значительно увеличить время жизни капель. Так если к воде добавить 0.05 – 0.2 % цетилового спирта, образующего коллоидный раствор, время жизни капель может возрасти в сотни раз. Это происходит потому, что по мере испарения капли концентрация спирта на её поверхности сильно возрастает вследствие большого различия между скоростью диффузии молекул воды с поверхности капли во внешнюю среду и скоростью диффузии спирта от поверхности внутрь капли, в результате чего образуется монослой цетилового спирта, который медленно испаряется.  Чем меньше капля, тем больше возрастает время её жизни в присутствии спирта. При радиусе капли 10 мкм время жизни возрастает почти в 250 раз.

Скорость испарения капли, покрытой плёнкой поверхностно-активного вещества, при некоторых условиях, может увеличиться вследствие увеличения коэффициента испарения.

50.Испарение капель в неподвижном газе, не содержащем пара.

Крупные капли под действием сил тяжести падают довольно быстро, и скорость их испарения при этом заметно возрастает. Определение скорости испарения капель, движущихся относительно газообразной среды, представляет интерес для многих технологических процессов: распылительная сушка, процессы в полых (распылительных) скрубберах, охлаждение распыленной водой, горение жидкого топлива, а также для метеорологии (испарение дождевых капель). Скорость испарения в этих условиях можно определить как

,                                       (3.24)

где  - концентрация пара в окружающем воздухе,  - константа, характеризующая испаряющееся вещество,  - число Рейнольдса, определённое по диаметру капли.

При испарении капли охлаждаются на некоторую величину . Для неподвижной капли

,                                                    (3.25)

здесь  - удельная теплота испарения,  - коэффициент теплопроводности воздуха. Понижение температуры падающей испаряющейся капли будет зависеть от скорости падения, соответственно от числа Рейнольдса

,                             (3.26)

где  - число Рейнольдса,  - число Шмидта,  - число Прандтля,  - скорость капель относительно воздуха, , ,  - кинематическая вязкость, плотность и удельная теплоёмкость воздуха соответственно.