文/赵顺安

大家都知道热的传递只能由高温向低温，但水在与空气的热量传递中却不是这样的规律。比空气温度低的水，在很多情况下还可以将热量传给空气而降低温度。这是因为水与空气除由温差引起的热传导外，由于分子运动作用，水向空气中蒸发。水在蒸发时带走了汽化潜热，使水的温度降低，即：蒸发冷却。

根据物质的动力学理论，水表面蒸发是由水分子的热运动引起的，由于分子运动的不规则性，水体内各个水分子的运动速度变化很大，变化围绕平均速度剧烈波动。一部分水分子有足够克服内聚力的动能，可以从自由表面水层内逸入空气中，这部分分子与空气分子及自身的相互碰撞，一部分分子又返回到水面被水吸收，一部分由于空气对流与扩散而从水体中永久失掉，而从水体中失掉的水分子所消耗的能量即为水的汽化热。水的蒸发量取决于逸出与重新被水吸收的分子数量之差。当两者数量相等时，即处于水与空气的热量交换平衡状态。

自然界中所有液体在其表面都会产生蒸发，蒸发就要带走液体中的热量，即汽化潜热。液体的蒸发发生的条件是液体表面的液体蒸气压力大于空气中该液体的蒸气分压力，液体的蒸发速率与蒸气压力差呈正比。

只要水体的水蒸气压力大于空气中的水蒸气分压力，甚至在水的表面温度低于空气温度情况下，表面蒸发现象都可能发生。因此，表面蒸发与水的温度是否高于或低于空气的温度无关。此时所产生的物质流动，即：我们通常所说的传质，是由水的表面流向空气的，蒸发时物质相变需要消耗能量，因此，蒸发就能使水得到冷却。

图中给出了不同状态下蒸发冷却的特性。当气温低于水温时，蒸发与接触传热两个过程都是使水向着冷却的方面进行的。此时，水面向空气的总传热量等于蒸发与接触传热的总和。

当气温等于水温时，水与空气之间没有温度差，接触传热量等于零，蒸发传热还可进行。此时，水面向空气的总传热量等于蒸发传热量。

当气温高于水温时，接触传热是从空气向水传递的，如果没有蒸发，水不但不会被冷却，反而会被加热。而实际上是水蒸发带走的热量大于空气传给水的热量，水还是会被冷却的。此时，水面向空气的总传热量等于蒸发传热减去接触传热量。

上述过程一直继续到从空气传向水的热量等于蒸发所需要的热量时为止（此时水的蒸汽压力与空气的蒸汽分压力差减小，蒸发量也减小，蒸发传热也减小）。当水表面的温度等于空气湿球温度时，水的表面温度即停止下降。这时达到的是一个动态平衡状态，无论是空气向水传热还是水向空气传热，都不会停止。

从以上分析看，水的蒸发冷却是一个复杂的过程，它与一般的热交换不同，在这个过程中，蒸发传热即通过传质传热，在一定条件下起着主要的作用。水的散热量不仅取决于水与空气的温度，还取决于水与空气的蒸汽压力差。此时，水与空气的传热传质是相互联系的。当水蒸发冷却时，在水体温度下降的同时，空气的温度可能上升，也可能下降。水可被冷却到大大低于空气的最初温度，这就是蒸发冷却所具有的独特特性。