МЕХАНИЗМЫ ВЛАГОПЕРЕНОСА

Механизмы влагопереноса - это физические явления, обусловливающие перемещение влаги в материалах и конструкциях. Исследования механизмов влагопереноса в капиллярно-пористых телах в нашей стране были выполнены школами А.В. Лыкова и Б.В. Дерягина. Влага в материалах может перемещаться в виде пара и жидкости. При рассмотрении механизмов влагопереноса удобно пользоваться идеальными моделями цилиндрических капилляров. Важнейшими механизмами влагопереноса являются следующие:
- Перенос влаги в виде пара. Молярный перенос пара в макрокапиллярах происходит под действием градиента общего давления, когда вместе с влажным воздухом перемещается водяной пар.
- Диффузия пара в макрокапиллярах происходит под действием градиента парциального давления при условии, что длина свободного пробега молекул водяного пара X значительно меньше характерного поперечного размера капилляра.
Неизотермическое скольжение пара вдоль стенок капилляра происходит в тонком капилляре, соединяющем два конечных объема. Вследствие этого эффекта пар перемещается вдоль стенок капилляра в более нагретую область.
При термодиффузии пара в макрокапиллярах он диффундирует из области с более высокой температурой в область с меньшей. Причина этого явления — большее парциальное давление пара, находящегося в равновесии с поверхностями менисков воды в области с более высокой температурой.
Перенос влаги в виде жидкости. Фильтрация жидкой влаги происходит при наличии градиента общего давления. При этом движение жидкости подчиняется закону Дарси. Капиллярное поднятие воды имеет место при соприкосновении материала с поверхностью воды.
Капиллярный осмос заключается в течении раствора в порах или капиллярах под действием градиента концентрации.
Термокапиллярное течение можно рассматривать как разновидность движения воды под действием градиента капиллярного давления.
Поверхностное натяжение воды увеличивается с понижением температуры. Поэтому капиллярное давление будет выше в той части капилляра, где ниже температуpa (при равной кривизне менисков).
Термоосмотическое течение заключается в течении жидкости в порах под действием градиента температуры, вследствие которого появляется градиент термического напряжения в граничных слоях жидкости.
Перенос влаги в виде пленок происходит под действием градиента расклинивающего давления. Понятие "расклинивающее давление" введено Б.В. Дерягиным. Расклинивающее давление характеризует поле поверхностных сил в системе твердая поверхность — тонкая прослойка жидкости. Оно присуще смачивающим пленкам толщиной более 0,8—1 нм. Отдельные компоненты расклинивающего давления связаны с соответствующими поверхностными силами, среди которых можно выделить: молекулярные силы, определяемые наличием дипольных моментов; электростатические силы, обусловленные адсорбцией из раствора ионов одного знака и наличием разности электрических потенциалов между поверхностью и слоями жидкости; структурные силы, вызванные тем, что в слоях жидкости, граничащих с твердой поверхностью, происходят структурные изменения жидкости, в результате чего появляется сеть направленных водородных связей. Результирующий эффект этих составляющих поверхностных сил в зависимости от толщины пленки выражается изотермой расклинивающего давления
. Термокапиллярное течение пленок возникает, если вдоль поверхности пленки существует градиент температуры.
Течение незамерзающих пленок воды происходит за счет движения их по поверхности и между льдом и твердой поверхностью. Незамерзающие прослойки образуются как граничная фаза, структура которой изменена, вследствие чего их свойства существенно отличаются от объемных свойств воды. Вязкость воды в прослойках превышает вязкость объемной воды в десятки раз. Незамерзающие прослойки воды могут перемещаться под действием градиентов температуры и давления. Существенный вклад может вносить термокристаллизационное течение пленок, которое наблюдается в капилляре между менисками льда, имеющими разную температуру. Кроме рассмотренных механизмов существуют и другие, однако они или имеют меньшее значение для влагопереноса, или могут реже наблюдаться, чем описанные.