凹凸表面上的蒸汽通量:叶片上的凝结与蒸腾
流体动力学
2021-03-30 v2
摘要
由蒸汽浓度梯度引起的液滴凝结与蒸发在工程与自然系统中均十分重要。一个有趣的自然实例是植物叶片上的蒸腾。叶片内部空间的大部分水分通过气孔逸出,其速率取决于表面形貌以及叶片内外蒸汽浓度差。先前关于各种表面蒸汽通量的研究集中于数值求解蒸汽扩散方程,或基于平面简单解使用标度分析。在本工作中,我们给出并讨论了多种2D表面形状(如半圆柱、半椭圆、毛发)的简单解析解。求解扩散方程的方法是使用复势理论,其为蒸汽浓度与通量提供解析解。我们发现,微结构顶部附近形成高蒸汽质量通量,而叶片表面气孔附近形成低质量通量。气孔附近的此种低蒸汽通量可能以两种方式影响蒸腾。首先,由于低蒸汽质量通量,气孔上凝结的液滴不会生长,从而不会抑制通过气孔开口的气体交换。其次,来自大气的低质量通量将促进高浓蒸汽从气孔下空间释放。
引用
@article{arxiv.2103.07418,
title = {Vapor flux on bumpy surfaces: condensation and transpiration on leaves},
author = {Sunghwan Jung},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.07418},
year = {2021}
}