[科普中国]-真空闪蒸

真空闪蒸就是液体在真空环境中过热并快速挥发成蒸汽的过程。

简介真空闪蒸就是液体在真空环境中过热并快速挥发成蒸汽的过程。在这一相变过程中，闪蒸会吸收大量的热量，液体过热是产生闪蒸的前提条件。过热分两种情况：第一种是对液滴加热，由于热量不能快速地传导到液滴的内部，过热只发生在液滴的表面；第二种情况是液滴所处的环境压力快速下降，使得整个液滴处于过热状态，这时闪蒸不仅发生在液滴的表面，液滴的内部也发生闪蒸。

真空闪蒸技术已被广泛应用于海水淡化、物品干燥、射流推进、激光手术冷却等众多领域。

真空闪蒸在冷却方面的应用真空闪蒸冷却是指把液体雾化喷射到处于真空环境下的被冷却表面，利用在被冷却表面所形成液膜的流动、闪蒸沸腾等物理现象对被冷却表面进行散热的冷却过程。由于闪蒸过程所体现出的巨大的散热能力，美国NASA把真空闪蒸冷却作为航天器热控优先发展的方向之一，并以水作为工质对真空闪蒸热控进行了研究，但是还未见到公开的研究报告。

真空闪蒸冷却主要是通过喷雾液滴在散热表面形成的液膜的闪蒸来实现的，其传热机理既不同于封闭腔液膜闪蒸，也不同于液滴的闪蒸。与之类似的是用于激光手术中对皮肤进行冷却的闪蒸冷却，但是目前对这方面的研究还停留在实验阶段；同时，用于航天器热控与热防护的真空闪蒸冷却，工作条件、散热能力等方面，都提出了更高的要求，这使得真空闪蒸冷却必然不同于其他闪蒸方式。

液滴冲击表面换热与液膜闪蒸换热是真空喷雾冷却的主要散热方式，其他如液膜冲刷表面换热量、沸腾气泡换热量以及环境散热量等与之相比，要小得多；对于这两种主要换热机制，当热通量较小时，液滴冲击表面换热占主导地位；但是，随着热通量的增加，液膜闪蒸换热的主导地位越加明显。这是因为在真空闪蒸冷却中，由于环境压力低于液膜温度对应的饱和压力，液膜始终处于过热状态，因此系统始终处于两相换热状态，而液膜的闪蒸是十分剧烈的，闪蒸产生的沸腾换热量远远高于表面过热沸腾换热量，因此液膜的闪蒸换热在真空闪蒸冷却中占主导地位。综上所述，在高热通量散热中，采用真空闪蒸冷却，能够更好地利用工质的潜热，从而达到更好的换热效果1。

其他相关应用真空闪蒸制取冰浆

冰浆又名二元冰，是粒子很小的冰和水的混合物，具有蓄能密度高、运送方便、吸收热量快、对环境无污染等特点。制取冰浆的方法主要有刮削法、直接接触法、过冷水法、流化床法、真空法等。如何节能高效地制取冰浆是当前研究的热点。

相较于其他制取冰浆的方法，真空闪蒸喷雾法是一种行之有效的方法，它是利用在真空环境下将水雾化闪蒸，一部分水滴汽化带走热量，大部分水滴被冷却冻结。真空喷雾法运行中需要的设备比较简单，主要有水泵、保持真空压力的真空泵、水在其中蒸发凝结的真空罐体以及其他的辅助设备。真空喷雾制取冰浆的方法控制方便、制冰效率高、对各种部件的设计加工要求精度不高。

有文章2根据分析法对真空喷雾法连续制取冰浆系统中的关键环节进行了㶲损失和㶲效率的分析，证明真空喷雾法制取冰浆在高品质冷量利用上有着很大的优势。

氯化锂溶液的真空闪蒸

基于世界范围内能源紧张的宏观背景，以废热、余热及太阳能为驱动热源的溶液除湿空调近年来得到快速发展。再生器作为循环利用除湿溶液的核心设备之一，其热质传递性能的优劣直接关系到整个系统除湿能力的发挥及运行安全。

有研究者3在前人研究的基础上，采用真空闪蒸的方法再生氯化锂稀溶液，即当液滴从饱和或过冷状态突然降到过热状态，或者对其加热使液滴温度突然高出其饱和温度一定范围，液滴就会发生闪蒸，溶液中的水分就是蒸发脱离溶液，该过程剧烈、高效。

蔗糖溶液液滴真空闪蒸

在食品干燥领域，采用真空冷冻干燥技术与传统干燥技术相比，具有更佳的保鲜效果、避免食品表面硬化与营养流失、便于储存运输等优点。

目前许多学者对食品真空干燥技术已做了大量研究，但对于食品中液态溶液的真空闪蒸机理研究则稍显不足。对油中水滴的真空蒸发过程进行模型研究，研究表明4：蒸发水滴的运动过程分为加速阶段和平衡阶段，且随着环境真空压力的降低，同一直径的水滴蒸发时间也随之减少。

蔗糖是食品的重要组成部分，对蔗糖溶液真空闪蒸过程的研究，有助于深入认识食品真空冷冻干燥机理。

蔗糖溶液液滴真空闪蒸过程中，由于真空压力和溶液浓度不同会出现六种形态。当真空压力pa 2000Pa时，液滴稳态蒸发。

本词条内容贡献者为:

耿彩芳 - 副教授 - 中国矿业大学