蒸发与冷凝中的界面冷却与加热、温度不连续及反转

尽管蒸发和冷凝在自然界和工业过程中无处不在，但其在界面处的传输过程仍知之甚少。实验已显示蒸发和冷凝时界面处存在温度不连续，但实验报道的界面温度跳跃相差两个数量级。甚至该温度跳跃的方向仍存在争议。利用基于动理论的界面质量通量和热通量表达式，我们求解了蒸发和冷凝过程中液相与气相之间的耦合问题。我们的模型表明，当发生蒸发或冷凝时，由于界面处蒸气与主体区域所携带焓的不匹配，界面上会发展出本征温差。蒸发时，界面附近的蒸气温度冷却至低于液面上的饱和温度，而冷凝时则加热至高于后者。然而，许多现有实验显示出与这一预测相反的趋势。我们将此差异解释为源于气相中的反向热传导。我们的模型结果与蒸发和冷凝的实验均吻合良好。我们表明，当液层非常薄时，固体壁与气相之间施加的温差大部分发生在液-汽界面处，导致蒸发和冷凝速率及相应的传热速率饱和。该结果与时下认为蒸发和冷凝速率与液膜厚度成反比的观点相矛盾。