湿空气基本性质

以下简单地说明表 2 中每一字段的含义。 T = 摄氏温度，热力学温标与绝对温度 T 的凯氏温度(K)之关系式如下:
T= Ws =
vda = vas = vs = hda = has = hs = hw =
sda = sas = ss = sw = ps =
t + 273.15 饱和状态的湿度比，在同一温度和压力(标准的大气压力)的条件下，且处于热 力平衡状态下，有气相(湿空气)与过冷相(液体或者固体)同时存在时，单位重量 干空气中所含的水份。在同一温度和压力状态下，湿度比 W 能够从 0 到 Ws。 干空气的比容，m3 /kg。 vs – vda ，在相同压力及温度下，饱和湿空气之比容和干空气之比容(m3 /kg of dry air)的差值。 饱和湿空气之比容，m3/kg of dry air。 干空气之比焓， kJ/kg of dry air。表 2 中，在 0℃及标准大气压下，干空气的比 焓被定为 0。 hs - hda，在相同压力及温度下，饱和湿空气之比焓和干空气之比焓(kJ /kg of dry air)的差值。 饱和湿空气之比焓， kJ/kg of dry air. 在一定的温度和压力下，饱和湿空气在平衡中之过冷状态水(液体或固体)之比 焓， kJ/kg of water。过冷状态水之比焓在其三相点（0.01℃）及饱和压力下被 定为 0。 注：hw 比蒸汽表中饱和纯过冷状态水的焓值大，是因为压力由饱和压力增加到 101.325 kPa，加上空气分压力存在的影响。 干空气之比熵，kJ/(kg．K) of dry air. 表 2 中，在 0℃及标准大气压下，干空气 的比熵被定为 0。 ss - sda，在相同压力及温度下，饱和湿空气之比熵和干空气之比熵 kJ /(kg．K) of dry air.的差值。 饱和湿空气之比熵， kJ/(kg．K) of dry air.。 饱和湿空气在平衡中之过冷状态水(液体或固体)之比熵， kJ/kg．K of water。就 像 hw 一样， sw 与饱和纯过冷状态水的熵值不同。 饱和湿空气中水蒸汽分压，kPa。压力 ps 不同于纯水的饱和水蒸汽压力 pws，在 状况演练时是可忽略地。因此，在方程式中在相同的压力及温度下 pws 出现时 可以用 ps 代入。压力 ps 被定义为 ps = x ws p，其中 x ws 是湿空气在温度 t 及压力 p 饱和状态下之水蒸汽的莫耳分数(mole fraction)。而 p 是湿空气之总压力。
4
温度 ℃,
t
-60 -59 -58 -57 -56 -55 -54 -53 -52 -51 -50 -49 -48 -47 -46 -45 -44 -43 -42 -41 -40 -39 -38 -37 -36 -35 -34 -33 -32 -31 -30 -29 -28 -27 -26 -25 -24 -23 -22 -21 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2
3
水于饱和状态下之热力性质
表 3 列出水于饱和状态下之热力学性质为温度以从-60 到 200℃，由 Hyland 和 Wexler (1983b)从公式计算得来；表中的符号是依照标准蒸汽表名词汇编的。这些性质基于热力学 温度标。饱和液体水的焓和熵二者都是在三相点 0.01℃被定为 0。在水的三相点和临界点温 度之间，有二种状态—液态和汽态—可以在平衡中同时存在。这些状态叫作饱和液态及饱 和汽态。
Rw= 8314.41/18.01528 = 461.520 J/( kg．K)
(2)
美国的标准空气
空气的温度和大气压力会随着当地海拔高度以及气象条件改变。标准空气是为了估算 各种高度之空气性质提供一个参考标准。在海平面上，标准的温度是 15 ℃； 标准的大气 压力是 101.325 kPa。温度假设为随着对流层（较低的大气压）的高度增加而线性地减少， 而在较低的平流层（空气可到达）范围中是不变的。较低的大气层之空气被假设成相当于
p = 101.325 x (1 - 2.25577 x 10-5 Z)5.2559
源自文库(3)
以温度为高度函数之方程式是写成:
t = 15 - 0.0065 x Z
(4)
其中
Z = 高度,m p = 大气压力,kPa t = 温度,K
方程式(3)和(4)应用于海拔高度从 –500 m 到 11,000 m 是精确的，在更高高度之标准空 气压力及其它的物理性质表可在美国太空总署中找到(1976)。
(5)
其中 C1 = -5.674 535 9 E+03 C2 = 6.392 524 7 E+00 C3 = -9.677 843 0 E-03 C4 = 6.221 570 1 E-07 C5 = 2.074 782 5 E-09 C6 = -9.484 024 0 E-13 C7 = 4.163 501 9 E+00
9,000
-43.5
30.742
10,000
-50.0
26.436
12,000
-63.0
19.284
14,000
-76.0
13.786
16,000
-89.0
9.632
18,000
-102.0
6.556
20,000
-115.0
4.328
资料源自于美国太空总署(NASA) (1976)
表1 中之压力值可以下列方程式计算：
湿空气性质
湿空气性质是在探讨和湿空气有关的热力学性质，并利用这些性质来分析关于湿空气 的各种状态和过程。
在 1983 年，Hyland 和 Wexler 共同开发湿空气和水的热力学性质之计算公式，将理想 气体的关系式套用于多数空气调节问题的解析。于 1970 年，Threlkeld 开发有关于在标准的 大气压力下，且温度范围在- 50 到 50℃之间的湿空气计算式，在湿空气之湿度比、焓、和 比容计算上，其误差值小于 0.7%。此外，误差值随着压力增加而减少。
干空气就是当大气中不含水蒸汽和污染物质的空气谓之。干空气中各成份的比例是几乎 固定不变的；但是Harrison于1965年表示，因时间、地理位置、及海拔高度等因素的不同， 某些成份比例会发生些微的变化。
把干空气的成份以体积近似百分比表列如下: 氮–78.084 ； 氧气–20.9476 ； 氩– 0.934 ； 二氧化碳–0.0314 ；氖–0.001818 ；氦–0.000524 ； 甲烷– 0.00015 ；二氧化 硫–0 到 0.0001 ； 氢–0.00005 ； 和稀有气体如氪、氙、和臭氧等–0.0002 。由上述成 份所组成的干空气其莫耳质量(分子量)为 28.9645，此乃以碳的原子量 – 12 作基准 ( Harrison 1965 )。因此干空气的气体常数是：
1,000
8.5
89.875
1,500
5.2
84.556
2,000
2.0
79.495
2,500
-1.2
74.682
3,000
-4.5
70.108
4,000
-11.0
61.640
5,000
-17.5
54.020
6,000
-24.0
47.181
7,000
-30.5
41.061
8,000
-37.0
35.600
Rda = 8,314.41/28.9645 = 287.055 J/(kg．K)
(1)
湿空气是干空气和水蒸汽两者的(两种成份)混合物。湿空气中水蒸汽的含量从零(干空 气)到最大值其变化是取决于当时的温度和压力。以下要探讨与饱和有关的情况，所谓饱和 就是湿空气和过冷状态的水(液体或固体)之间维持一个平衡的状态；换言之，饱和乃湿空气 和过冷状态的水，在其接触的平面接口之间维持一个平衡的关系，一旦该接触面半径变得 非常小，例如极细微的小水滴，那么平衡的关系将受影响，则饱和状态也会发生变化。以 碳的原子量 – 12 作基准，水的分子量为 18.012628。因此水蒸汽的气体常数是：
2
湿空气之热力性质
表 2 是 Hyland 和 Wexler (1983a，1983b ) 从公式计算得来，是采用热力学温标展现 热力学性质的数值。这个理想温标与从物质测量的实际温度稍有不同。例如：在这个温标 上水的标准沸点(在 101.325 kPa)是 99.97 ℃，而非传统的 100 ℃。目前多数测量基准均采 用 1990 年的国际实用温标（IPTS-90）。
温度范围由 0 到 200℃液态水的饱和压力：
lnpws = C8/T + C9 + C10T + C11T2 + C12T3 + C13lnT
(6)
其中
C8 = -5.800 220 6 E+03 C9 = 1.391 499 3 E+00 C10 = -4.864 023 9 E-02 C11 = 4.176 476 8 E-05 C12 = -1.445 209 3 E-08 C13 = 6.545 967 3 E+00 在方程式(5)和 (6)中， ln = 自然对数 pws = 饱和压力，Pa T = 绝对温度， K = ℃ + 273.15 方程式(5)和(6)的系数已经从 Hyland - Wexler 方程式得到了。由于来源中和在一些计算 机计算精度中的误差，从方程式(5)和(6)所得到的结果，可能不是十分精确地符合表 3 所列 的数值。
目录
干空气及湿空气的成份........................... 錯誤! 尚未定義書籤。 美国的标准空气................................. 錯誤! 尚未定義書籤。 湿空气之热力性质............................... 錯誤! 尚未定義書籤。 水于饱和状态下之热力性质 .......................................... 4 湿度的参数..................................... 錯誤! 尚未定義書籤。 干空气及湿空气与理想气体的关系 ................. 錯誤! 尚未定義書籤。 湿球温度和露点温度............................................... 14 湿空气性质的数值计算........................... 錯誤! 尚未定義書籤。 湿空气线图....................................................... 19 典型空气调节过程................................................. 21 湿空气之（热、质）传性质 ......................................... 27 空气、水及蒸汽性质的参考 ......................................... 29 符号............................................................. 30 参考文献......................................................... 32
1
理想气体的干空气所组成。且其重力加速度也是一常数–9.806 65 m/s2。表 1 是海拔高度在 10,000 公尺以下之标准空气数据。
表 1 海拔高度在 10,000 m 以下之标准空气数据
海拔高度,m
温度,℃
压力,kPa
-500
18.2
107.478
0
15.0
101.325
500
11.8
95.461
本章专门在讨论理想气体方程式与及如何将它们应用在一般空气调节问题的解析，这 些公式是由 Hyland 和 Wexler 于 1983 年开发出来的；而 Olivieri 于 1996 年作更进一步修正， 使能应用于需要更精确结果的计算。
干空气及湿空气的成份
大气层的空气是由许多气体与及水蒸汽和其它的污染物质（像是烟、花粉及由其它污 染源不时藉空气散播出来的污染气体等）。
在计各种湿空气的热力性质时，都必需用到水蒸汽饱和压力，主要目的是在求得饱和 湿度比。水蒸汽饱和压力可以由表 3 中查到，或是由下面公式(Hyland and Wexler 1983b)计 算出来。
温度范围由-100 到 0℃，饱和压力高于结冰点时以下式计算之：
lnpws = C1/T + C2 + C3T + C4 T2 + C5T3 + C6T4 + C7lnT