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ρv 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ρv 。ρv 确定于湿空气温度T 及其中的水蒸气分压力p v 。根据第一个假定，按照理想气体状态方程，有

T

R p v v g,v v

v 1=

=

ρ

(7-21)

式中R g,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p s ，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ρs 。这时的湿空气称为饱和空气。按式(7-21)有

T

R p v g,s s =

ρ

(7-22)

湿空气在未达饱和时，其中水蒸气的分压力p v 总是小于饱和压力p s ，水蒸气处于过热状态。

相对湿度φ：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ρv 与同温度下饱和空气的绝对湿度ρs 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φ表示。按照式(7-21)及(7-22)有

s

v s

V p p ==

ρρφ

(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p s 和露点温度T d ：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p s 。另外，在保持湿空气中蒸汽分压力p v 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p v 的饱和温度，称为湿空气的露点温度，用符号T d 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T w 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T w 总是低于湿空气温度T ，而高于露点温度T d 。

含湿量d ：湿空气中包含的水蒸气质量m v 与干空气质量m a 之比值称为含湿量，用符号d 表示：

a

v m m d =

(7-24)

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

RT

V M p T

R V p m v v v g,v v ==

RT

V M p T

R V p m a a a g,a a =

=

P s s

P v w

d

T d

T d

d P v

P s

T w

图7-3 湿空气中的蒸汽状态

式中，水蒸气的摩尔质量M v =18.016 g/mol ，干空气的摩尔质量M a = 28.97g/mol 。因此

a

v a

v

a v

622

.0p p p p M M

d ==

(7-25) 考虑到湿空气的总压力 v

a p p p +=

，式(7-25)可写成

v

v 622

.0p p p d -=

(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 s

v

p p φ=，从而上式还可改写成

v

s 622.0p p p d -=φ

(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

v

v a a h m h m H

+=

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

v

a a

dh h m H h +==

(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h a 。可按下式计算： t

c h p a ,a

=

式中c p , a 为干空气的比定压热容。在低压下，水蒸气的焓h v 接近于温度的单值递增函数，并可近似地用下式计算： t

c h h p v ,c v

+=

式中：h c 为一个常数；c p , 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 ,c a ,t c h d t c h p p ++=

(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，p s =4.241×103Pa 。按式（7-23）