空气湿度

空气温度与湿度湿空气中包含的水蒸气量和它所处的状态是许多工业过程和湿空气计算中通常关心的问题。为此，除一般描述混合物的参数以外，还引入了一些新的描述湿空气的参数和概念。在表示各种参数的符号中，脚标“v”表示该参数属于水蒸气，“a”表示属于干空气，“s”表示是水蒸气的饱和参数，不加脚标的量表示属于整个湿空气。绝对湿度v及饱和空气：湿空气的绝对湿度是指单位体积的湿空气中包含的水蒸气质量，它也就是水蒸气的密度v。v确定于湿空气温度T及其中的水蒸气分压力pv。根据第一个假定，按照理想气体状态方程，有TRpvvg,vvv1(7-21)式中Rg,v是水蒸气的气体常数。从上式可见，在一定温度下，湿空气中水蒸气的分压力愈高，其绝对湿度愈大。但是，在一定温度下水蒸气的分压力不可能超过其相应的饱和压力ps，因达到饱和压力时，水蒸气开始凝结。因此，水蒸气达到饱和时，湿空气具有该温度下最大的绝对湿度s。这时的湿空气称为饱和空气。按式(7-21)有TRpvg,ss(7-22)湿空气在未达饱和时，其中水蒸气的分压力pv总是小于饱和压力ps，水蒸气处于过热状态。相对湿度：空气的潮湿程度对人体感觉和健康的影响，对设备的影响，以及对工业过程的影响，主要取决于空气距离饱和的程度。因此，常用湿空气的绝对湿度v与同温度下饱和空气的绝对湿度s的比值来衡量空气的潮湿程度。这个比值称为相对湿度，用符号表示。按照式(7-21)及(7-22)有svsVpp(7-23)相对湿度的数值在0～100%的范围内。相对湿度愈小，表示空气中的水蒸气距离饱和状态愈远，空气吸收水分的能力愈大，即愈干燥；相对湿度愈大，表示空气中水蒸气距离饱和状态愈近，空气吸收水分的能力愈小，即空气愈潮湿。饱和空气的相对湿度为100%，除非提高空气的温度，否则它不能再吸收水分。饱和蒸汽压ps和露点温度Td：未饱和空气中的水蒸气处于过热状态，如图7-3中的状态1，而饱和空气中的水蒸气处于饱和蒸汽状态，即处于图中的上界线上。未饱和空气达到饱和可以经历不同的途径。在温度不变的情况下，水分向空气中蒸发，蒸汽的分压力增加，可以达到饱和空气状态，如图中定温过程1-s所示。达到饱和时，蒸汽分压力就是对应于空气温度的饱和蒸汽压力ps。另外，在保持湿空气中蒸汽分压力pv不变的情况下，降低湿空气温度，也可达到饱和空气状态，如图中定压过程1-d所示。这样达到的饱和状态d称为湿空气的露点，露点所处的温度是对应于蒸汽分压力pv的饱和温度，称为湿空气的露点温度，用符号Td表示。在绝热的条件下向湿空气加入水分，并尽其蒸发，也可使空气达到饱和空气状态，如图中1-w线所示。这样达到的饱和状态称为绝热饱和状态，相应的温度Tw称为绝热饱和温度。在绝热饱和过程中，水分蒸发一方面使空气中的蒸汽分压力升高，另一方面蒸发时由空气中吸热而使湿空气的温度降低。所以，绝热饱和温度Tw总是低于湿空气温度T，而高于露点温度Td。含湿量d：湿空气中包含的水蒸气质量mv与干空气质量ma之比值称为含湿量，用符号d表示：avmmd(7-24)PssPvwdTdTddPvPsTw图7-3湿空气中的蒸汽状态含湿量表示单位质量的干空气中所携带的水蒸气质量，其单位为kg/kg(A)或g/kg（A），其中kg(A)表示每千克干空气。按照理想气体状态方程，有RTVMpTRVpmvvvg,vvRTVMpTRVpmaaag,aa式中，水蒸气的摩尔质量Mv=18.016g/mol，干空气的摩尔质量Ma=28.97g/mol。因此avavav622.0ppppMMd(7-25)考虑到湿空气的总压力vappp，式(7-25)可写成vv622.0pppd(7-25a)由上式可以看到：在总压力p不变的情况下，一定的蒸汽分压力对应着一定含湿量。按式(7-23)有svpp，从而上式还可改写成vs622.0pppd(7-26)湿空气的焓：按照理想气体混合物的性质，湿空气的焓为其中干空气焓与水蒸气焓的总和，即vvaahmhmH考虑到湿空气中水蒸气的质量经常变化的，而干空气的质量是稳定的，所以湿空气的比焓h是相对于单位质量的干空气而言的，即vaadhhmHh(7-27)湿空气焓h的单位为kJ/kg(A)。取0℃时干空气的焓值为零，则干空气的焓ha。可按下式计算：tchpa,a式中cp,a为干空气的比定压热容。在低压下，水蒸气的焓hv接近于温度的单值递增函数，并可近似地用下式计算：tchhpv,cv式中：hc为一个常数；cp,V是相当于水蒸气比定压热容的一个经验值。因而湿空气的焓可写成)(v,ca,tchdtchpp(7-28)采用法定计量单位时，上式为h=1.005t+d(2501+1.86t)kJ/kg(A)(7-28a)例题7-6室内空气压力p=0.1Mpa，温度t=30℃。如已知相对湿度φ=40%，试计算：(1)蒸汽分压力和露点温度；(2)含湿量；(3)在定压下将含1kg干空气的室内空气加热至50℃所需的热量。解(1)由饱和水蒸气表查得：30℃时，ps=4.241×103Pa。按式（7-23）pv=ps=0.4×4.241×103Pa=1.6964×103Pa从饱和蒸汽表上查得，pv对应的饱和温度，即露点温度为td=14.3℃(2)按式（7-25a）kg/kg(A)0107.0MPa0016964.01.0MPa0.0016964kg/kg(A)622.0622.0vvpppd(3)加入的热量为加热前后的焓差。加热前湿空气的焓按式(7-28a)为　h1=1.005t1+d1(2501+1.86t1)=1.005kJ/(kg℃)×30℃+0.0107×(2501kJ/kg+1.86kJ/(kg℃)×30℃)=30.15+27.36=57.51kJ/kg(A)加热过程中含湿量未变，即d2=d1,加热后湿空气的焓为h2=1.005t2+d2(2501+1.86t2)=1.005kJ/(kg℃)×50℃+0.0107×(2501kJ/kg+1.86kJ/(kg℃)×50℃)=50.25+27.76=78.01kJ/kg(A)加入热量为q=h2–h1=(78.01-57.51)kJ/kg(A)=20.50kJ/kg(A)例题7-7对于给定的湿空气状态1，试导出绝热饱和温度Tw与状态1的其它参数之间的关系。解绝热饱和过程的特征，一是绝热，二是湿空气的总压不变。按照能量平衡方程，过程中湿空气的总焓不变，即w1HHH式中：H1=ma(ha,1+d1hv,1)为湿空气处于状态1时的焓；Hw=ma(ha,w+dwhv,w)为湿空气达到绝热饱和状态时的焓；hddmH)(1wa为加入水分带入的焓。故有w,vww,a1w1,v11a)(),(hdhhddhdh整理得hhhhdhhd1,vw,vw1,aw,a1)()(式中：)()(1wa,1,aw,aTTchhp；hv,w为在Tw下饱和蒸汽的比焓；h为加入水分的比焓。若取加入水分的温度正好为Tw，则wwv,rhh为Tw时的汽化潜热。这样，上式可写成w1,vww1wa,1')(hhrdTTcdp式中，dw、rw、wh分别为对应于Tw的饱和湿空气的含湿量、水的汽化潜热和水的焓，它们确定于Tw的值。上式表达了绝热饱和温度Tw与湿空气状态(T1,d1)之间的关系。在实现绝热饱和过程，并测定出Tw后，就可以按上式计算出湿空气的含湿量d1。这是测定含湿量的方法之一