湿空气的湿度

湿空气的湿度

　　湿空气既然是干空气和水蒸气的混合物，因此，要确定它的状态除了必须知道空气的温度t和压力Pb外，还必须知道湿空气的成分，特别是湿空气中所含水蒸气的量。湿空气中水蒸气的含量通常用湿度来表示，其表示方法有以下三种：

　　绝对湿度

　　每1m3的湿空气中所含有的水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度。因此，在数值上绝对湿度等于在湿空气的温度和水蒸气的分压力Pv下水蒸气的密度ρv值可由水蒸气表查得，或由下式计算

　　ρv=mv/V=Pv/RvT

　　式中mv为水蒸气的质量（kg），Rv为水蒸气的常数。

　　当保持温度T不变，而使空气中水蒸气的含量增加（绝对湿度ρv增加）时，水蒸气的分压力Pv也增加。直到与干饱和水蒸气线相交于A点，即水蒸气达饱和而为饱和湿空气。此时，水蒸气的含量为最大，ρv=ρn=ρmax

　　相对湿度

　　大气中水蒸气的数量，可在0与饱和状态时的密度ρ”之间变动。绝对湿度只表示湿空气中实际水蒸气含量的多少，而不能说明在该状态下湿空气饱和的程度或吸收水蒸气能力的大小。因此，常用相对湿度来表示湿空气的潮湿的程度。相对湿度的定义是湿空气的绝对湿度ρv与同温度下饱和湿空气的绝对湿度ρ”之比，用符号Φ表示即可

　　Φ=ρv/ρ”=ρv/ρmax

　　若将湿空气中的水蒸气视为理想气体，则

　　Pv=RvTρv

　　Ps=RvTρ”

　　两式相除，即得

　　ρv/ρ”=Pv/Ps

　　代入（14-3）得

　　Φ=ρv/ρ”=ρv/ρmax=Pv/Ps

　　式中，ρmax表示在温度为t时湿空气中的水蒸气可能达到的最大分压力，即Ps。T一定时，Pmax（或Ps）相应有一定的值。

　　上式说明，相对湿度也可用湿空气中水蒸气的实际分压力Pv与温度下水蒸气的含量接近饱和的程度，故也称为饱和度。Φ值愈小，表示湿空气愈干燥，吸收水分的能力愈强；反之，Φ值愈大，表示湿空气愈潮湿，吸收水分的能力愈弱。当Φ等于0时，则为干空气；Φ等于一时，则为饱和湿空气。所以，不论湿空气的温度如何，由Φ值的大小可直接看出它的干湿程度。

　　相对湿度通常用干湿温度球计来测量。两支相同类型的温度计，其中之一在测温泡上蒙一浸在水中的湿纱布，成为湿球温度计。将干湿球温度计置于通风处，使空气连续不断地流经温度计，干球温度计上的读数即为空气的温度t。湿球温度计因和湿布直接接触，其读数应为水温。

　　若空气为饱和湿空气（即Φ=1），则湿布上的水不会汽化，两支温度计上的读数将相同。若空气为未饱和湿空气（即Φ<1），则流经湿布时水会汽化。汽化需要汽化潜热，水的温度将因为汽化放热而下降，水和空气间就形成温差。温差的存在，促使较热的空气传热给较冷的水。水因汽化而放热，又因温差而自空气吸热，如放热量大于吸热量，水温势必继续下降至某一温度时，放热两量和吸热量相等，水温也就不再下降，汽化所需之热完全来自于空气。

　　此时湿球温度计上的读数称为湿球温度，以符号Tw表示。温度为定值T的空气，所含水蒸气愈少（亦即离饱和状态愈远），其湿球温度也就愈低。因为空气流经湿布时汽化的水分较多，要求更大的温差以便从空气吸取更多的热来满足汽化的需要。由此可见，Tw和空气实际所含的水蒸气的量（或实际的绝对温度）有关。另外，空气的最大绝对湿度取决于空气的温度T。因而Φ和T及Tw之间应有一定的关系Φ=f（T，Tw）。根据这一关系，在测定了空气的T及Tw后，即可求的空气的相对湿度Φ。一般的干湿球温度计上都将=f（T，Tw）列成表，可根据T及Tw直接读出。

　　比湿度（含湿量）

　　物料的干燥以及冷却塔中的水的冷却过程，都是利用空气来吸收水分。然而，无论湿空气的状态如何变化，其中干空气的质量总是不变的，而所含的水蒸气的质量在改变。为了分析和计算方便，常采用干空气质量作为计算基准。一定容积的湿空气中水蒸气的质量Mv[kg]之比称为比湿度（或称含湿量），一符号ω表示，即

　　ω=Mv/Ma=ρv/ρa kg（水蒸气）/kg（干空气）

　　须特别指出，上式以“kg（干空气）”为计算基准，它不同于1kg质量的湿空气，它是将所含水蒸气的质量ω计算在干空气之外，也即在（1+ω ）[kg]水蒸气。由于以1kg质量干空气为基准，这个基准是不随湿空气的状态改变而改变的。所以只要根据比湿度ω的变化，就可以确定实际过程中湿空气的干湿程度。

　　对于水蒸气和干空气，可写成

　　Pv=RvTρv

　　Pa=RaTρa

　　式中空气的气体常数Ra=287J/（kgK）

　　水蒸气的气体常数Rv=461.9 J/（kgK）

　　将以上关系式及式（14-1），即Pb=Pa+Pv代入式，可得

　　ω=0.622Pv/（Pb-Pv）=0.622ΦPmax/（Pb-ΦPmax） kg（水蒸气）/kg（干空气）

　　由上式可见，当湿空气的压力Pb一定时，湿空气中的比湿度ω只取决于水蒸气的分压力Pv，即ω=f（Pv）。因此ω和Pv不是互相独立的参数，不能同时作为两个独立参数来确定湿空气的状态。要确定湿空气的状态，除了给定Pv或（ω）外，还需知道另一个独立参数，例如T。