蒸发发生在水面,而不是整片水里
水分子始终在不停振动,水面上运动最快的那部分分子即使在水温不高时也能挣脱水面进入空气。阳光补充能量,把水坑晒暖,加快这种逃逸,于是水坑不断缩小。这就是蒸发,它在沸点以下的任何温度都能在水面发生。[1][2]
沸腾则不同。它发生在整片液体都热到一定程度、内部也形成气泡的时候,而不只是水面在蒸发。太阳下的水坑很少达到这个程度,因为它摊得薄,热量不断散失到空气和地面,所以在还没能沸腾之前,早就靠表面蒸发变干了。[1]
阳光提供能量,水面完成蒸发
太阳能水蒸气发生器可以说明这个原理:吸收体捕获阳光并转化为热,驱动液体蒸发成水蒸气,无需加压。[1] 这些能量用于让水面上的分子挣脱束缚,而不是把整个水坑加热到沸腾。[1][2]
在太阳能驱动界面蒸发中,热量集中在蒸发表面,因此连高沸点溶剂也能在常温常压条件下蒸发。[4] 水坑也是同样的道理:太阳加热最上面一层水,分子从那里离开,所以大部分水根本不需要沸腾。[4]
水坑为什么是变干而不是沸腾
水坑是一层薄薄的、敞开的水,热量很容易散失,始终无法积累到沸腾所需的均匀高温。阳光不断向水面输送能量,分子以水蒸气形式逃逸,水坑便逐渐消失。[1][2]
太阳能蒸发系统还表明,这一过程可以很高效,甚至能把产生的水蒸气再过热,但那是专门设计的效果,普通水坑里并不会发生。[1] 对水坑来说,答案很简单:太阳晒暖水面,分子在常温下蒸发,根本不需要沸腾。[1][2]
本文引用的文献
在阳光下产生和过热蒸汽的方法、装置与系统
一种太阳能水蒸气发生器吸收阳光,在不到一个太阳光照强度下、无需加压即可通过辐射蒸发液体,并能把部件加热到高于液体沸点的温度,使水蒸气过热。
一个太阳光照下的非接触式蒸汽产生与过热
太阳能驱动蒸发可以在一个太阳光照下实现,水与结构之间的接触会影响接近沸点的温度。
用两相模型和伪沸腾理论研究超临界池中的近壁热输运
研究用两相模型和伪沸腾理论研究超临界池中的近壁热输运与蒸发,未涉及太阳加热。
通过太阳能驱动界面蒸发在常温下回收高沸点溶剂
太阳能驱动界面蒸发能在常温常压条件下回收高沸点溶剂,界面处的热量局域化有助于这一过程。
用高效碳气凝胶太阳能净化器多重协同去除低沸点污染物
一种碳气凝胶太阳能净化器在一个太阳光照下达到最高 2.1 kg m-2 h-1 的太阳能蒸发速率,并通过吸附抑制低沸点污染物的蒸发。
