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所謂蒸發冷卻，就是液體的自由表面與任何一種氣體或幾種氣體的混合物直接接觸時，由于熱質交換的共同作用使液體得到冷卻。冷卻塔就是利用蒸發冷卻的特性而使水冷卻的設備，冷卻塔中水的熱量通過熱質交換傳給了空氣。根據物質的動力學理論，表面蒸發是由水分子的熱運動引起的，由于分子運動的不規則性，水體內各個水分子的運動速度變化很大，變化圍繞平均速度劇烈波動。一部分水分子有足夠克服內聚力的動能，可以從自由表面水層內逸人空氣中，這部分分子與空氣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 于空氣對流與擴散而從水體中失掉，而從水體中失掉的水分子所消耗的能量即為水的汽化熱。水的蒸發量取決于逸出與重新被水吸收的分子數量之差。當兩者數量相等時，即處于水與空氣的熱量交換平衡狀態。