盐浓度与热负荷耦合作用下多孔介质蒸发特性及盐析规律研究

　　本研究通过控制红外加热(0-1,800 W/m2 )和NaCl浓度梯度(0-4.8 M)，系统探究多孔介质(0.70-2.50 mm玻璃珠)蒸发-盐析耦合机制。发现盐浓度加速表面析盐并缩短Stage 1持续时间，热通量影响较弱；提出等效平均高度(equivalent average height)新参数，揭示盐沉积湿润状态通过局部冷点(localized cold spots)维持高蒸发率，为自然加热场景下的脱盐策略和盐渍化治理提供新见解。

　　

在自然界和工程应用中，多孔介质（如土壤、建筑材料）的蒸发过程常伴随着盐分结晶，这一现象深刻影响着地下水管理、历史建筑保护和脱盐技术发展。然而，现有研究多聚焦于等温条件，对真实环境中普遍存在的太阳辐射等非等温场景关注不足。尤其当初始盐浓度较高时，盐析如何改变多孔介质的毛细输水能力（L_cap
），以及季节性热负荷变化如何调控蒸发-盐析耦合过程，仍是亟待解决的科学难题。

印度理工学院的研究团队在《Journal of Hydrology》发表论文，通过精密控制实验揭示了盐浓度与热通量对多孔介质蒸发特性的协同影响。研究采用三套诊断系统：高精度称重记录质量损失，光学成像捕捉盐结晶形貌，红外热成像监测表面温度场。实验设计涵盖7种NaCl浓度（0-4.8 M）、4种热通量（0-1,800 W/m²
）和两种玻璃珠粒径（0.70-0.85 mm与2.00-2.50 mm），重点观测了蒸发速率阶段转变（Stage 1至Stage 2）、盐结晶时空分布及等效平均高度等参数。

材料与方法
研究选用单分散玻璃珠构建均质多孔介质，通过红外加热器（3-5 μm波段）模拟太阳辐射。关键创新在于同步采用三种检测技术：称重法量化蒸发通量，光学显微镜记录盐结晶形态演变，热像仪定位冷点（cold spots）以关联盐沉积与局部蒸发活性。

Effect of varying salt concentrations
低浓度（<1.5 M）时蒸发速率基本不变，而高浓度（>3.0 M）使Stage 1提前终止。热成像显示盐结晶区对应显著低温区，证实湿润盐沉积通过维持液膜延续高蒸发率。新参数等效平均高度表明，加热条件下介质在达到饱和限前可蒸发更多水分。

Conclusions
研究发现：1）盐浓度线性降低毛细长度L_cap
，但热通量影响微弱；2）盐沉积形态（结壳型/斑块型）决定蒸发速率变化方向；3）1.5 M为临界浓度，超过此值蒸发行为突变。该成果首次量化了非等温条件下L_cap
的盐浓度依赖性，为设计抗盐渍化多孔蒸发器提供理论依据。

这项研究通过创新性的多模态观测手段，揭示了自然加热场景中盐分-孔隙-热场的复杂互作机制。特别是发现盐沉积湿润度通过局部冷点调控蒸发速率的物理机制，突破了传统"盐壳即扩散屏障"的认知，对干旱区农业灌溉和海水淡化技术具有重要指导价值。