Dampfdiffusion

Dampfdiffusion bezeichnet den Transport von Wasserdampf durch ein Medium aufgrund von Gradienten im Dampfdruck oder im Wasserdampfgehalt. Sie ist einer der zentralen Mechanismen des Feuchte- oder Dampftransports und tritt in Gasen, Flüssigkeiten sowie in porösen Feststoffen auf. Im Alltag spielt sie eine wesentliche Rolle bei der Feuchteführung in Gebäuden, bei Trockenprozessen und in many technischen Anwendungen, wo sie oft mit Konvektion und sorptiver Transportprozessen kombiniert wird.

Theoretisch wird Dampfdiffusion in Gasen durch das Ficksche Gesetz beschrieben. Der mola flux J_A eines Dampfbestandteils A ist demnach proportional zum negativen Gradienten der Konzentration: J_A = -D_AB ∂C_A/∂x. In Bezug auf den Dampfdruck lässt sich J_A oft als J_A = -(D_AB/RT) ∂p_A/∂x ausdrücken. In porösen Medien verändert sich der effektive Diffusionskoeffizient zu D_eff = ε/τ D_AB, wobei ε die Porosität und τ die Tortuosität des Mediums bezeichnet. In sehr engen Poren, in denen die Molekülabstände die Molekülgröße erreichen, kann auch die Knudsen-Diffusion relevant werden, mit D_K abhängig von Temperatur, Molekulargewicht und Porengröße. Bei zeitlicher Änderung erfolgt die Diffusion gemäß Ficks zweites Gesetz: ∂C_A/∂t = D_eff ∂^2 C_A/∂x^2.

Anwendungsgebiete umfassen die Bauphysik (Feuchteverhalten von Bauteilen, Kondensation, Materialalterung), Trocknungs- und Hygienetechnik, Lebensmittel- und Pharmaindustrie sowie Membran- und Gasseparationstechnologien. Die Messung der Diffusionskoeffizienten erfolgt durch Steady-State- oder transienten Methoden, oft in Abhängigkeit von Temperatur, Druck und Feuchtigkeitsgradienten.

Wesentliche Randbedingungen sind die Verknüpfung mit Konvektion, Sorption und Phasenwechsel, sowie anisotropie oder porenraumspezifische Eigenschaften, die Dampfdiffusion in realen Systemen komplexer machen.