第二节湿空气的性质和湿度图

湿空气是绝干空气和水气的混合物。对流干燥操作中，常采用一定温度的不饱和空气作为干燥介质，因此首先讨论湿空气的性质。由于在干燥过程中，湿空气中水气的含量不断增加，而绝干空气质量不变，因此湿空气的许多相关性质常以1kg 绝干空气为基准。

7-2-1 湿空气的性质

一、湿空气中水分含量的表示方法

1．水气分压p 干燥操作压力一定时，湿空气的总压p t 与水气分压p 和绝干空气分压p g 关系如下：

p t = p + p g

当操作压力较低时，可将湿空气视为理想气体，根据道尔顿分压定律： g

V g n n p p = （7-1）式中 n V ——湿空气中水气的摩尔数；

n g ——湿空气中绝干空气的摩尔数。

2．湿度H 又称湿含量，其定义为单位质量绝干空气所带有的水气质量，即 g

V g g V V n n .M n M n H 6220===量湿空气中绝干空气的质湿空气中水气的质量（7-2）

式中 H ——湿空气的湿度，kg 水气/kg 绝干空气；

M v ——水气的摩尔质量，kg/kmol ；

M g ——绝干空气的摩尔质量，kg/kmol 。

常压下湿空气可视为理想气体，根据道尔顿分压定律： p

p p H t -=622.0 （7-3）

可见湿度是总压p t 和水气分压p 的函数。

当空气中的水气分压等于同温度下水的饱和蒸气压p s 时，表明湿空气呈饱和状态，此时湿空气的湿度称为饱和湿度H s ，即 s

t s s p p p .H -=6220 （7-4）式中 H s ——湿空气的饱和湿度，kg 水气/kg 绝干空气；

p s ——空气温度下水的饱和蒸气压，kPa 或Pa 。

3．相对湿度? 在一定温度和总压下，湿空气中的水气分压p 与同温度下水的饱和蒸气压p s 之比的百分数，称为相对湿度，以?表示： %p p s

100?=? （7-5）

当p =0时，?=0，此时湿空气中不含水分，为绝干空气；当p =p s 时，?=1，此时湿空气为饱和空气，水气分压达到最高值，这种湿空气不能用作干燥介质。相对湿度?值愈小，表明湿空气吸收水分的能力愈强。可见，相对湿度可用来判断干燥过程能否进行，以及湿空气的吸湿能力，而湿度只表明湿空气中水气含量，不能表明湿空气吸湿能力的强弱。

将式7-5代入7-3中，有 s

t s p p p .H ??-=6220 （7-6）可见，当总压一定时，湿度是相对湿度和温度的函数。

二、湿空气的比热容和焓

1．湿空气的比热容c H 又称湿热，以c H 表示。在常压下，将1kg 绝干空气及其所带有的H kg 水气的温度升高（或降低）1℃时所需吸收（或放出）的热量，称为湿热。 c H =c g +c v H （7-7）式中 c H ——湿空气的比热容，kJ/（kg 绝干空气·℃）；

c g ——绝干空气的比热容，kJ/（kg 绝干空气·℃）；

c v ——水气的比热容，kJ/（kg 水气·℃）。

在273K ～393K 的温度范围内，绝干空气和水气的平均定压比热容分别为c g =1.01kJ/(kg 绝干空气·℃)和c v =1.88kJ/（kg 水气·℃），则

c H =1.01+1.88H （7-8）

可见，湿空气的比热容只是湿度的函数。

2．湿空气的焓I 湿空气中1kg 绝干空气及其所带有的H kg 水气的焓之和，称为湿空气的焓，以I 表示。

I =I g +I v H （7-9）式中 I ——湿空气的焓，kJ/kg 绝干空气；

I g ——绝干空气的焓，kJ/kg 绝干空气；

I v ——水气的焓，kJ/kg 水气。

本章取0℃时绝干空气和液态水的焓为基准，0℃时水的气化潜热为r 0=2490kJ/kg ，则 I g =c g t =1.01t I v =r 0H +c v tH

I =c g t +r 0H +c v tH

=(c g +c v H )t +r 0H （7-10）

将c g 、c v 及r 0=2490kJ/kg 代入式7-10，有

I =（1.01+1.88H ）t +2490H （7-11）

可见，湿空气的焓随空气的温度t 、湿度H 的增加而增大。

三、湿空气的比容

湿空气的比容又称湿体积，比体积，它表示1kg 绝干空气和其所带有的Hkg 水气的体积之和，用v H 表示。绝干空气

湿空气kg m v H 13= 常压下，温度为t 的湿空气比容计算如下：

绝干空气的比容v g ： 273

273773.027********.22+=+?=t t v g （7-12）水气的比容v V ： 273

2732441273273184122+=+?=t .t .v V （7-13）湿空气的比容v H ：

图7-3 湿球温度的测量 ()273

27324417730++=+=t H ..v v v V g H （7-14）式中 v H ——湿空气比容，m 3

/kg 绝干空气；

v g ——绝干空气比容，m 3/kg 绝干空气；

v v ——水气的比容，m 3/kg 水气。

四、湿空气的温度

1．干球温度t 干球温度是湿空气的真实温度，可用普通温度计测得。

2．露点t d 不饱和湿空气在总压p t 和湿度H 一定的情况下进行冷却、降温，直至水气达到饱和状态，即H =H s ，?=1，此时的温度称为露点，用t d 表示。根据式7-4： s t s s p p p .H -=6220

可见，在一定总压下，只要测出露点温度t d ，便可从手册中查得此温度下对应的饱和蒸气压p s ，从而根据式（7-4）求得空气的湿度。反之若已知空气的湿度，可根据式（7-4）求得饱和蒸气压p s ，再从水蒸气表中查出相应的温度，即为t d 。

3．湿球温度普通温度计的感温球用湿纱布包裹，纱布下端浸在水中，使纱布一直处于湿润状态，这种温度计称为湿球温度计，见图7-3所示。湿球温度计在空气中达到的稳定或平衡的温度称为该空气的湿球温度，用t w 表示。

湿球温度计测温原理如下：

将湿球温度计置于温度为t 、湿度为H 的不饱和空气流中（流速通常大于5m/s ，以保证对流传热），假定开始时湿纱布上的水温与湿空气的温度t 相同，空气与湿纱布上的水之间没有热量传递。由于湿纱布表面空气的湿度大于空气

主体的湿度H ，因此纱布表面的水分气化到空气中。

此时气化水分所需的潜热只能由水分本身温度下降放

出的显热供给，因此，湿纱布上的水温下降，与空气

之间产生了温度差，引起对流传热。当空气向湿纱布

传递的热量正好等于湿纱布表面水气化所需热量时，

过程达到动态平衡，此时湿纱布的水温不再下降，而

达到一个稳定的温度。这个稳定温度，就是该空气状

态（温度t ，湿度H ）下空气的湿球温度t w 。

湿球温度t w 是湿纱布上水的温度，它由流过湿纱

布的大量空气的温度t 和湿度H 所决定。当空气的温

度t 一定时，若其湿度H 越大，则湿球温度t w 也越高；

对于饱和湿空气，则湿球温度与干球温度以及露点三者相等。因此，湿球温度t w 是湿空气的状态参数。

当湿球温度达到稳定时，从空气向湿球表面的对流传热速率为

Q =αS （t -t w ）（7-15）式中 Q ——空气向湿纱布的传热速率，W ；

α——空气主体与湿纱布表面之间的对流传热系数，W/（m 2·℃）；

S ——湿球表面积，m 2；

t ，t w ——空气的干、湿球温度，℃。

同时，湿球表面的水气向空气主体的传质速率为