Испарение — поверхностный характер испарения.

При выводе соотношения (2.1) предполагалось, что испускание пара происходит только с поверхности испарителя. Это очевидно в случае радиационного нагрева испарителя внешним источником (см. рис. 2.2). Испарение также должно происходить с поверхности в случае веществ в жидкой фазе, нагреваемых через теплопроводность, при отсутствии кипения, (т. е. выделением пара из пузырьков, образующихся в глубине жидкости), если испаряемая жидкость имеет достаточную теплопроводность; этим условиям удовлетворяют металлы. Возможно, конечно, что нелетучие окислы, препятствуя испарению, будут способствовать образованию под окисным слоем пузырьков с высоким давлением пара.

Рассмотрим, например, испарение жидкого алюминия при температуре поверхности 1123⁰ С, соответствующей давлению паров 0,1 мм рт ст. При испарении алюминия из тигля нагреваемого снизу (для создания вертикального градиента температуры) для образования пузырьков с давлением пара в 1 мм рт ст (соответствующим температуре 1290 С) потребуется гидростатическое давление алюминия 6 мм (плотность жидкого алюминия при этой температуре равна 2,3 г/см следовательно, температурный градиент между испаряющей поверхностью и зоной образования пузырьков должен равняться 156° С/6 мм, т е 260°/1 см Теплопроводность алюминия составляет 0 2 кал/сек см при температуре 1 1100⁰С, так что при указанном градиенте температуры к излучающей поверхности подводится 52 кал/сек см². При температуре поверхности 1123° С скорость испарения алюминия равна 8 10^-4 г/сек см что соответствует расходу энергии на теплоту парообразования 2 кал/сек см² Радиационные потери составляют при температуре 1 123° С и наивысшем возможном коэффициенте излучения, равном единице, всего 2 кал/сек. См²

Таким образом, в рассмотренном случае образование пузырьков невозможно. Рассмотрение термодинамических характеристик паров и значения проводимости жидких металлов показывает, что приведенный пример является не исключением, а правилом для испарения металлов в вакууме.

В рассмотренном примере предполагалось, что давление на данной глубине жидкости определяется только ее гидростатическим давлением h. В действительности на поверхность жидкости оказывает давление также и ее пар. При наличии равновесия между паром и жидкостью давление на жидкость равно давлению насыщенного пара Р_в,. В условиях свободного испарения в вакууме, когда парообразованию не препятствует другой газ или пар самого испаряемого вещества, давление пара на жидкость равно 0,5 P_в, так как каждый атом пара при отрыве от поверхности сообщает ей количество движения равное его собственному и направленное в обратную сторону. Поэтому давление в глубине жидкости будет равно h+0.5P_в. Очевидно, что это добавочное давление делает образование пузырьков еще менее вероятным. В изложенных рассуждениях не учитывались также силы поверхностного натяжения.

Давление паров большинства веществ быстро возрастает с ростом температуры. Поэтому температурный градиент, необходимый для образования пузырьков уменьшается с ростом температуры испарения. Когда давление паров превышает 1 мм рт. ст., температурный градиент может приблизиться к значению, достаточному для образования пузырьков. Поэтому образование их возможно лишь при чрезмерном подводе тепла, или когда условия нагрева приводят к неравномерному распределению температуры в жидком металле, или когда жидкий металл покрыт непроницаемой пленкой окиси. Таким образом, испарение металлов в вакууме представляет собой, в общем, поверхностное явление.

Иногда наблюдающееся разбрызгивание расплавленного материала при испарении в вакууме происходит в результате быстрого расширения газов, содержащихся в расплаве. Кипение или образование пузырьков может возникнуть в результате неравномерного распределения температуры при быстром нагреве испаряемого вещества, например при испарении кусков вещества с заранее раскаленной поверхности или при слишком быстром нагреве нитевидных испарителей. При необходимости быстрого испарения материал должен быть для получения равномерного нагрева предварительно обезгажен.