Коротко: главный фактор — испарение, которое в сухом воздухе протекает сильнее из‑за большого градиента парциального давления (или концентрации) водяного пара; диффузия/конвекция обеспечивают отвод пара и тепла от поверхности. Основные уравнения и роли:
- Конвективный теплоперенос (от поверхности к воздуху):
$$Q_{\text{conv}}=hA(T_s-T_{\infty }),$$ где $h$ — коэффициент конвекции (зависит в основном от скорости и свойств потока), $A$ — площадь, $T_s,T_{\infty }$ — температуры поверхности и воздуха. Влажность слабо меняет $h$.
- Массовый поток испарения (массовая диффузия/конвекция):
$$\dot{m}=h_{m}A(c_s-c_{\infty })\text{или по Фику}J=-D\nabla c,$$ где $h_m$ — коэффициент массоотдачи, $c_s$ и $c_{\infty }$ — концентрации водяного пара у поверхности и в объёме воздуха, $D$ — коэффициент диффузии. В сухом воздухе $c_{\infty }$ мало → большой градиент $(c_s-c_{\infty })$ → большая скорость испарения.
- Теплопотери за счёт испарения:
$$Q_{\text{evap}}=\dot{m}{L}_v,$$ где $L_v$ — удельная теплота парообразования. Поэтому суммарный отток тепла
$$Q=Q_{\text{conv}}+Q_{\text{evap}}.$$ В сухом воздухе вклад $Q_{\text{evap}}$ значителен, в влажном — мал (воздух близок к насыщению, малый градиент концентраций).
- Связь тепла и массы: перенос массы и тепла взаимосвязан (число Льюиса $Le=\alpha /D$); в практических условиях коэффициенты $h$ и $h_m$ часто связаны, поэтому эффективный охлаждающий эффект усиливается при хорошей массообменной способности потока.
Замечания:
- Если поверхность сухая и нет жидкости/влаги, испарение мало — тогда разница между сухим и влажным воздухом уменьшается (остается только $Q_{\text{conv}}$).
- Конденсация на тёплом предмете в холодном влажном воздухе маловероятна (конденсация при температуре поверхности ниже точки росы).
Вывод: в холодном сухом воздухе испарение более интенсивно из‑за большего градиента концентрации воды и эффективной диффузии/массоотдачи, что вместе с конвекцией даёт более быстрое охлаждение.