濕空氣的濕度

濕空氣的濕度

　　濕空氣既然是干空氣和水蒸氣的混合物，因此，要確定它的狀態(tài)除了必須知道空氣的溫度t和壓力Pb外，還必須知道濕空氣的成分，特別是濕空氣中所含水蒸氣的量。濕空氣中水蒸氣的含量通常用濕度來(lái)表示，其表示方法有以下三種：

　　絕對(duì)濕度

　　每1m3的濕空氣中所含有的水蒸氣的質(zhì)量稱(chēng)為濕空氣的絕對(duì)濕度。因此，在數(shù)值上絕對(duì)濕度等于在濕空氣的溫度和水蒸氣的分壓力Pv下水蒸氣的密度ρv值可由水蒸氣表查得，或由下式計(jì)算

　　ρv=mv/V=Pv/RvT

　　式中mv為水蒸氣的質(zhì)量（kg），Rv為水蒸氣的常數(shù)。

　　當(dāng)保持溫度T不變，而使空氣中水蒸氣的含量增加（絕對(duì)濕度ρv增加）時(shí)，水蒸氣的分壓力Pv也增加。直到與干飽和水蒸氣線(xiàn)相交于A點(diǎn)，即水蒸氣達(dá)飽和而為飽和濕空氣。此時(shí)，水蒸氣的含量為最大，ρv=ρn=ρmax

　　相對(duì)濕度

　　大氣中水蒸氣的數(shù)量，可在0與飽和狀態(tài)時(shí)的密度ρ”之間變動(dòng)。絕對(duì)濕度只表示濕空氣中實(shí)際水蒸氣含量的多少，而不能說(shuō)明在該狀態(tài)下濕空氣飽和的程度或吸收水蒸氣能力的大小。因此，常用相對(duì)濕度來(lái)表示濕空氣的潮濕的程度。相對(duì)濕度的定義是濕空氣的絕對(duì)濕度ρv與同溫度下飽和濕空氣的絕對(duì)濕度ρ”之比，用符號(hào)Φ表示即可

　　Φ=ρv/ρ”=ρv/ρmax

　　若將濕空氣中的水蒸氣視為理想氣體，則

　　Pv=RvTρv

　　Ps=RvTρ”

　　兩式相除，即得

　　ρv/ρ”=Pv/Ps

　　代入（14-3）得

　　Φ=ρv/ρ”=ρv/ρmax=Pv/Ps

　　式中，ρmax表示在溫度為t時(shí)濕空氣中的水蒸氣可能達(dá)到的最大分壓力，即Ps。T一定時(shí)，Pmax（或Ps）相應(yīng)有一定的值。

　　上式說(shuō)明，相對(duì)濕度也可用濕空氣中水蒸氣的實(shí)際分壓力Pv與溫度下水蒸氣的含量接近飽和的程度，故也稱(chēng)為飽和度。Φ值愈小，表示濕空氣愈干燥，吸收水分的能力愈強(qiáng)；反之，Φ值愈大，表示濕空氣愈潮濕，吸收水分的能力愈弱。當(dāng)Φ等于0時(shí)，則為干空氣；Φ等于一時(shí)，則為飽和濕空氣。所以，不論濕空氣的溫度如何，由Φ值的大小可直接看出它的干濕程度。

　　相對(duì)濕度通常用干濕溫度球計(jì)來(lái)測(cè)量。兩支相同類(lèi)型的溫度計(jì)，其中之一在測(cè)溫泡上蒙一浸在水中的濕紗布，成為濕球溫度計(jì)。將干濕球溫度計(jì)置于通風(fēng)處，使空氣連續(xù)不斷地流經(jīng)溫度計(jì)，干球溫度計(jì)上的讀數(shù)即為空氣的溫度t。濕球溫度計(jì)因和濕布直接接觸，其讀數(shù)應(yīng)為水溫。

　　若空氣為飽和濕空氣（即Φ=1），則濕布上的水不會(huì)汽化，兩支溫度計(jì)上的讀數(shù)將相同。若空氣為未飽和濕空氣（即Φ<1），則流經(jīng)濕布時(shí)水會(huì)汽化。汽化需要汽化潛熱，水的溫度將因?yàn)槠艧岫陆担涂諝忾g就形成溫差。溫差的存在，促使較熱的空氣傳熱給較冷的水。水因汽化而放熱，又因溫差而自空氣吸熱，如放熱量大于吸熱量，水溫勢(shì)必繼續(xù)下降至某一溫度時(shí)，放熱兩量和吸熱量相等，水溫也就不再下降，汽化所需之熱完全來(lái)自于空氣。

　　此時(shí)濕球溫度計(jì)上的讀數(shù)稱(chēng)為濕球溫度，以符號(hào)Tw表示。溫度為定值T的空氣，所含水蒸氣愈少（亦即離飽和狀態(tài)愈遠(yuǎn)），其濕球溫度也就愈低。因?yàn)榭諝饬鹘?jīng)濕布時(shí)汽化的水分較多，要求更大的溫差以便從空氣吸取更多的熱來(lái)滿(mǎn)足汽化的需要。由此可見(jiàn)，Tw和空氣實(shí)際所含的水蒸氣的量（或?qū)嶋H的絕對(duì)溫度）有關(guān)。另外，空氣的最大絕對(duì)濕度取決于空氣的溫度T。因而Φ和T及Tw之間應(yīng)有一定的關(guān)系Φ=f（T，Tw）。根據(jù)這一關(guān)系，在測(cè)定了空氣的T及Tw后，即可求的空氣的相對(duì)濕度Φ。一般的干濕球溫度計(jì)上都將=f（T，Tw）列成表，可根據(jù)T及Tw直接讀出。

　　比濕度（含濕量）

　　物料的干燥以及冷卻塔中的水的冷卻過(guò)程，都是利用空氣來(lái)吸收水分。然而，無(wú)論濕空氣的狀態(tài)如何變化，其中干空氣的質(zhì)量總是不變的，而所含的水蒸氣的質(zhì)量在改變。為了分析和計(jì)算方便，常采用干空氣質(zhì)量作為計(jì)算基準(zhǔn)。一定容積的濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量Mv[kg]之比稱(chēng)為比濕度（或稱(chēng)含濕量），一符號(hào)ω表示，即

　　ω=Mv/Ma=ρv/ρa(bǔ) kg（水蒸氣）/kg（干空氣）

　　須特別指出，上式以“kg（干空氣）”為計(jì)算基準(zhǔn)，它不同于1kg質(zhì)量的濕空氣，它是將所含水蒸氣的質(zhì)量ω計(jì)算在干空氣之外，也即在（1+ω ）[kg]水蒸氣。由于以1kg質(zhì)量干空氣為基準(zhǔn)，這個(gè)基準(zhǔn)是不隨濕空氣的狀態(tài)改變而改變的。所以只要根據(jù)比濕度ω的變化，就可以確定實(shí)際過(guò)程中濕空氣的干濕程度。

　　對(duì)于水蒸氣和干空氣，可寫(xiě)成

　　Pv=RvTρv

　　Pa=RaTρa(bǔ)

　　式中空氣的氣體常數(shù)Ra=287J/（kgK）

　　水蒸氣的氣體常數(shù)Rv=461.9 J/（kgK）

　　將以上關(guān)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（水蒸氣）/kg（干空氣）

　　由上式可見(jiàn)，當(dāng)濕空氣的壓力Pb一定時(shí)，濕空氣中的比濕度ω只取決于水蒸氣的分壓力Pv，即ω=f（Pv）。因此ω和Pv不是互相獨(dú)立的參數(shù)，不能同時(shí)作為兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)來(lái)確定濕空氣的狀態(tài)。要確定濕空氣的狀態(tài)，除了給定Pv或（ω）外，還需知道另一個(gè)獨(dú)立參數(shù)，例如T。