不蒸发液层(左)和有蒸发液层(右)内的M-B对流涡胞
传统热动力学平衡态模型无法解释蒸发表面温度梯度驱动流动现象,需要引进相变界面非平衡态模型,还需要考虑气体环境对界面能量传输的影响,若气体为该液体的纯蒸汽,存在热毛细对流,若气体为两种或多种气体的混合物,情况更加复杂。
水蒸汽凝结在(金属)固壁上的液体形貌变化:(a)滴状冷凝; (b) 滴状和液膜冷凝;光学观测图像(下图)
微重力条件也使得许多因重力而产生的力项得以削弱,对冷凝过程的影响因子相对减少,有利于对冷凝过程机理的深入探究。
蒸发与冷凝相变流体界面具有比一般流体界面更为复杂的流体动力学现象,如自由表面流动更无规律可循,热边界条件不再遵循简单的工程热力学模型,空间微重力环境使得流体界面效应得到相对的放大,并同时剥离了地面重力引起的浮力效应对相变界面流动与传热的主要影响。
因此,我们在空间可以实现对液体变成气体的蒸发界面和蒸汽变成液体的冷凝界面热、质交换物理模型的精准验证和理论分析,给出更普适的相变界面热动力学理论模型。
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