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表示,其表示方法有以下三種:
絕對濕度
每1m3的濕空氣中所含有的水蒸氣的質(zhì)量稱為濕空氣的絕對濕度。因此,在數(shù)值上絕對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(絕對濕度ρv增加)時,水蒸氣的分壓力Pv也增加。直到與干飽和水蒸氣線相交于A點,即水蒸氣達(dá)飽和而為飽和濕空氣。此時,水蒸氣的含量為最大,ρv=ρn=ρmax
相對濕度
大氣中水蒸氣的數(shù)量,可在0與飽和狀態(tài)時的密度ρ”之間變動。絕對濕度只表示濕空氣中實際水蒸氣含量的多少,而不能說明在該狀態(tài)下濕空氣飽和的程度或吸收水蒸氣能力的大小。因此,常用相對濕度來表示濕空氣的潮濕的程度。相對濕度的定義是濕空氣的絕對濕度ρv與同溫度下飽和濕空氣的絕對濕度ρ”之比,用符號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,Pmax(或Ps)相應(yīng)有一定的值。
上式說明,相對濕度也可用濕空氣中水蒸氣的實際分壓力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;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,則為干空氣;Φ等于一時,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。
相對濕度通常用干濕溫度球計來測量。兩支相同類型的溫度計,其中之一在測溫泡上蒙一浸在水中的濕紗布,成為濕球溫度計。將干濕球溫度計置于通風(fēng)處,使空氣連續(xù)不斷地流經(jīng)溫度計,干球溫度計上的讀數(shù)即為空氣的溫度t。濕球溫度計因和濕布直接接觸,其讀數(shù)應(yīng)為水溫。
若空氣為飽和濕空氣(即Φ=1),則濕布上的水不會汽化,兩支溫度計上的讀數(shù)將相同。若空氣為未飽和濕空氣(即Φ<1),則流經(jīng)濕布時水會汽化。汽化需要汽化潛熱,水的溫度將因為汽化放熱而下降,水和空氣間就形成溫差。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,水溫勢必繼續(xù)下降至某一溫度時,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自于空氣。
此時濕球溫度計上的讀數(shù)稱為濕球溫度,以符號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。因為空氣流經(jīng)濕布時汽化的水分較多,要求更大的溫差以便從空氣吸取更多的熱來滿足汽化的需要。由此可見,Tw和空氣實際所含的水蒸氣的量(或?qū)嶋H的絕對溫度)有關(guān)。另外,空氣的最大絕對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,在測定了空氣的T及Tw后,即可求的空氣的相對濕度Φ。一般的干濕球溫度計上都將=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程,都是利用空氣來吸收水分。然而,無論濕空氣的狀態(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。為了分析和計算方便,常采用干空氣質(zhì)量作為計算基準(zhǔn)。一定容積的濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量Mv[kg]之比稱為比濕度(或稱含濕量),一符號ω表示,即
ω=Mv/Ma=ρv/ρa kg(水蒸氣)/kg(干空氣)
須特別指出,上式以“kg(干空氣)”為計算基準(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,就可以確定實際過程中濕空氣的干濕程度。
對于水蒸氣和干空氣,可寫成
Pv=RvTρv
Pa=RaTρa
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,當(dāng)濕空氣的壓力Pb一定時,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不是互相獨立的參數(shù),不能同時作為兩個獨立參數(shù)來確定濕空氣的狀態(tài)。要確定濕空氣的狀態(tài),除了給定Pv或(ω)外,還需知道另一個獨立參數(shù),例如T。
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