凝结

凝结，是气体遇冷而变成液体，如水蒸气遇冷变成水。温度越低，凝结速度越快。

凝结的逆过程称作蒸发。凝结属于液化形式中的一种，但不完全等于液化。凝结是一种相变，故在通常情况下发生的凝结，会伴随着物质的一些物理性质如密度、比热、声音在其中的传播速度等发生跃变。如水在1个大气压和100℃时的摩尔体积是

，而相应的水蒸气的摩尔体积是

，即水的密度约为它的蒸汽的1,600倍。通过等温压缩不再能使气体液化的最低温度称为临界温度，与之相应的压强称作临界压强。

水蒸气在空气中凝结时，必须有如尘埃或带电粒子等组成的凝结核（见过冷），否则会形成过冷的或过饱和蒸汽。但一旦在其中吹入细微的尘粒或出现带电粒子时，则过饱和蒸汽中会很快地发生凝结。这就是说，凝结核对于形成云层是至关重要的。液化单位质量的蒸汽为同温度的液体所放出的热量称为该种物质的凝结热。显然，凝结热在数量上等于汽化热。如1千克水蒸气液化为水时的凝结热为

。

在水资源极其匮乏的干旱区，任何补充性的水资源都可能对其生态系统产生积极的影响。凝结水作为稳定持续的水资源，尽管凝结量相对较小，但对于维持干旱半干旱地区生态系统的稳定性具有非常重要的作用。凝结水是沙漠生境中某些植物、昆虫、小型动物、生物土壤结皮的重要水分来源；可以提高沙漠中1年生植物种子的萌发，有效地减少因土壤蒸发而损失的水分。另外，凝结水作为一种湿气的来源，在维持沙丘稳定性方面也起着重要的作用。国外学者自20世纪40年代起，在干旱区凝结水方面已开展了大量的研究，包括凝结水的测定方法、凝结水的形成机理、凝结水量和持续时间的影响因素以及定量模拟、凝结水的生态学和水文学意义等。我国对凝结水的研究起步较晚，1961年王积强首次在山东德州开展了凝结水试验，初步测得了凝结水量。还有学者分别在内蒙古科尔沁沙地、荒漠绿洲边缘、毛乌素沙漠边缘、腾格里沙漠边缘、沙坡头地区、天山北麓昌吉地下水均衡试验场、罗布泊地区、古尔班通古特沙漠等地，开展了许多卓有成效的研究，涉及凝结水的观测方法、生成量、形成机理、影响因素、数值模型、潜在的生态学和水文学意义等各方面。目前关于凝结水的观测方法，国际上仍没有统一的标准。大量试验证明，土壤凝结水主要发生在表层0-5cm范围内，沙漠地区最大涉及到10cm。土壤凝结水的水汽来源主要有两个方面：一是来源于空气中的水汽，包括近地表空气中的水汽、植物蒸腾和呼吸作用散逸的水汽、地面蒸发的水汽；凝结水的另一来源是地表以下某一深度以上的土壤空隙中的水汽。土壤凝结水基本上发生在晚上22:00至次日凌晨8:00，晴天日出后一定时间范围内凝结现象仍继续发生。土壤凝结水形成的时间受多种环境因子的综合影响，不同区域产生土壤凝结水的时间存在较大差异，即使在同一地区，也会因为生境和气象因子的不同而存在差异。

超声波在介质中传播时，由于其与介质间的相互作用，会引起一系列的特殊效应，如机械效应、空化效应、热效应、化学效应等。因此，在化工、检测、除垢以及强化沸腾换热等方面超声波都有着重要的应用。蒸汽直接接触凝结现象由于其极好的传热和传质能力而被广泛应用于化工、核能等领域，如汽水混合加热器、蒸汽喷射泵以及抑压式安全壳中用于降低壳内压力的抑压水池等。蒸汽直接接触凝结的强化对于应用这一现象的设备的优化有着极其重要的意义和作用。然而，目前关于超声波强化沸腾换热的研究较多，但其用于强化蒸汽直接接触凝结现象却少有报道。因此，外加超声波场可能是强化蒸汽直接接触凝结现象的一种很好的方法。超声波场中气泡凝结换热被强化可能是以下原因造成的：首先，超声波声压传播及由超声波引起的空化效应产生的微射流和湍动效应会引起气液界面附近过冷水局部压力波动并使局部流体质点快速振动。这会搅浑气泡周围液相热边界层，减薄热边界层厚度并降低气泡壁面附近液体温度，增加凝结换热驱动温差，强化气泡凝结换热。其次，当声场的振动频率和强度达到一定值时，气泡变得不稳定，其表面可能形成非常细微的毛细波。毛细波的存在会拓展凝结换热表面积，并同样起到搅浑热边界层的作用，降低气泡壁面附近液体温度，强化气泡凝结换热。最后，由于声波压力波的传播使气泡周围压力不均匀，可能使气泡产生附加的运动，强化气泡凝结换热中对流换热部分。