「相對濕度」.doc

一、濕度定義 在計量法中規(guī)定，濕度定義為“物象狀態(tài)的量”。日常生活中所指的濕度為相對濕度，用RH%表示?？傃灾礆怏w中(通常為空氣中)所含水蒸汽量(水蒸汽壓)與其空氣相同情況下飽和水蒸氣量(飽和水蒸氣壓)的百分比。 二、濕度測量方法 濕度測量從原理上劃分有二、三十種之多。但濕度測量始終是世界計量領(lǐng)域中著名的難題之一。一個看似簡單的量值，深究起來，涉及相當(dāng)復(fù)雜的物理化學(xué)理論分析和計算，初涉者可能會忽略在濕度測量中必需注意的許多因素，因而影響傳感器的合理使用。 常見的濕度測量方法有：動態(tài)法（雙壓法、雙溫法、分流法），靜態(tài)法（飽和鹽法、硫酸法），露點法，干濕球法和電子式傳感器法。三、絕對濕度和相對濕度、露點 濕度很久以前就與生活存在著密 切的關(guān)系,但用數(shù)量來進行表示較為困難。對濕度的表示方法有絕對濕度、相對濕度、露點、濕氣與干氣的比值（重量或體積）等等。 絕對濕度是指每立方米的空氣中含有水蒸氣的質(zhì)量。 相對濕度（Relative Humidity，縮寫為RH）是指水蒸氣在空氣中達(dá)到飽和的程度，飽和時為100%RH。當(dāng)絕對濕度不變時溫度越高相對濕度越小。當(dāng)空氣中的含水量沒有達(dá)到飽和狀態(tài)，實際含水量與飽和含水量的比值就是相對濕度。相對濕度達(dá)到100%，水就不會再自然蒸發(fā)了。溫度不同，飽和水量也不同，溫度越高，容納的水越多，溫度降低了，空氣中不能容納原來那麼多的水了就會出現(xiàn)結(jié)露。 凝露是當(dāng)空氣濕度達(dá)到一定飽和程度時，在溫度相對較低的物體上凝結(jié)的一種現(xiàn)象。 濕度是普遍存在的，而凝露只是濕度達(dá)到一定程度時的一種特殊現(xiàn)象。四、相對濕度RH%的計算公式 計算相對濕度可按照下述公式： 其中的符號分別是： w 絕對濕度，單位是克/立方米 w,max 最高濕度，單位是克/立方米 e 蒸汽壓，單位是帕斯卡 E 飽和蒸汽壓，單位是帕斯卡 s 比濕，單位是克/千克 S 最高比濕，單位是克/千克 濕空氣大氣中的空氣總含有水蒸氣，通常稱為濕空氣。在許多工程實際中都要利用濕空氣，它所含的水蒸氣量雖不多，卻顯得特別重要。由于水蒸氣的性質(zhì)不同于氣體，而有其本身的特殊性，因此本章專題討論濕空氣的基本知識?？諝馀c水蒸氣的混合物濕空氣江河中的水會汽化，濕衣服在大氣中會晾干，所以通常大氣中的空氣總含有水蒸氣。含有水蒸氣的空氣稱為濕空氣，不含有水蒸氣的空氣稱為干空氣因此，濕空氣是干空氣和水蒸氣的混合物。物料的干燥，空氣溫度、濕度的調(diào)節(jié)，循環(huán)水的冷卻等都與空氣中所含水蒸氣的狀態(tài)和數(shù)量有密切關(guān)系。一般情況所采用的濕空氣都處于常壓，其中所含水蒸氣的分壓力很低（通常不過幾百帕），而濕空氣可作為理想氣體來處理。對濕空氣的分析，一般也用類似于理想氣體混合物的分析方法但不盡相同，因理想氣體混合物的各組成成分總是保持不變，而濕空氣中水蒸氣的含量隨著溫度的變化一般也在改變，且水蒸氣的壓力狀態(tài)，由其分壓力和溫度來確定，即水蒸氣有其特殊的物性。若濕空氣（大氣）的壓力與溫度分別為Pb及t，則濕空氣中水蒸氣的溫度也應(yīng)是t。對應(yīng)與溫度t，水的飽和壓力為Ps。例如室溫為30度時，水的飽和壓力為Ps為佳0。042417E5Pa。如濕空氣中水蒸氣的壓力Pv等于此飽和壓力Ps，該水蒸氣就處于飽和狀態(tài)，如圖案14-1中點A。此時的濕空氣，即干空氣和飽和水蒸氣組成的混合氣體就稱為飽和濕空氣。飽和濕空氣中的水蒸氣的含量已達(dá)到最大限度除非提高溫度，否則飽和濕空氣中水蒸氣的含量不會再增加。如再增加水分，水蒸氣將凝結(jié)成水滴而從濕空氣中析出。實際上，除了接近水面而且不流動的特殊情況外，大氣中水蒸氣的分壓力一般總是小于相應(yīng)溫度下的飽和壓力，即PvPs=f（t），如圖中點B。換言之，日常接觸的濕空氣一般都是未飽和濕空氣，即干空氣和過熱蒸汽組成的混合氣體。根據(jù)道餌頓分壓定律知：濕空氣（大氣）壓力Pb=干空氣分壓力Pa+水蒸氣分壓力Pv （14-1）若未飽和濕空氣中水蒸氣的含量不變，即水蒸氣分壓力Pv不變，而濕空氣的溫度逐漸降低，其狀態(tài)將沿T-s圖（圖14-1）上的定壓線BC冷卻，最終和干飽和蒸汽線（x=1）相交與C點，此時將處于飽和狀態(tài)。再冷卻，則水蒸氣在C點溫度下開始凝結(jié)，生成水滴或結(jié)露。此開始結(jié)露溫度稱為露點。所以露點就是與濕空氣中水蒸氣分壓力Pv相對應(yīng)的飽和溫度。由此可見，測出露點也就相當(dāng)于測出了當(dāng)時濕空氣中水蒸氣的分壓力Pv。露點在鍋爐設(shè)計及運行時有很大的現(xiàn)實意義，因為鍋爐尾部受熱面（例如空氣預(yù)熱器低溫段）的堵灰和腐蝕，就是由于受熱面的金屬溫度低于煙氣中水蒸氣和硫酸氣體的露點之故，一旦開始結(jié)露，如果但是水分就會引起堵灰，如果H2SO4凝結(jié)在受熱面上，則會造成腐蝕。防止腐蝕和堵灰的措施不在這討論，但最基本的原則是防止煙氣結(jié)露。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v值可由水蒸氣表查得，或由下式計算v=mv/V=Pv/RvT （14-2）式中mv為水蒸氣的質(zhì)量（kg）。Rv為水蒸氣的常數(shù)。由圖14-1及圖14-2可見，狀態(tài)B為過熱水蒸汽，此時是未飽和濕空氣。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v增加）時，由式（14-2）知，水蒸氣的分壓力Pv也增加。在圖14-2中，由狀態(tài)B沿定溫線向左移，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，v=n=max。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”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v與同溫度下飽和濕空氣的絕對濕度”之比，用符號表示即可=v/”=v/max （14-3）若將濕空氣中的水蒸氣視為理想氣體，則Pv=RvTvPs=RvT”兩式相除，即得v/”= Pv/ Ps代入（14-3）得=v/”=v/max= Pv/ Ps （14-4）式中，max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。值愈小，表示濕空氣愈干燥，吸收水分的能力愈強；反之，值愈大，表示濕空氣愈潮濕，吸收水分的能力愈弱。當(dāng)?shù)扔?時，則為干空氣；等于一時，則為飽和濕空氣。所以，不論濕空氣的溫度如何，由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，如圖14-3所示。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=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99.64時即折向上,差不多成為=常數(shù)的真線.有些h-圖中還畫有定濕球溫度線,是由式(14-9)與式(14-12)消去t 而得焓與比濕度的直線關(guān)系( 均為常數(shù)),故定濕球溫度線均為直線.飽和空氣線( =100%)將h-圖分為兩部分, =100%線以上各點表示濕空氣中的水蒸氣是過熱的;此線以下各點表示水蒸氣已開始凝結(jié)為水,故濕空氣的 100%并無實際意義.而 =100%線可說是露點的軌跡.因濕空氣為大氣,Pb=常數(shù),故由式(14-6)可得水蒸氣分壓力Pv與比濕度 的關(guān)系.此方程的曲線畫在h-圖 =100%以下的位置,并在右側(cè)縱坐標(biāo)上列有Pv的標(biāo)值.此圖雖是根據(jù)大氣壓力為1105Pa畫成的,但在通常的實際問題中,即使大氣壓力不是此值而用此圖計算,其誤差也不會太大.14-6 濕空氣的應(yīng)用 濕空氣在工程上應(yīng)用很廣,其過程不外加熱或冷卻加濕去濕以及混合.這些過程普遍地都是穩(wěn)定流動,在分析時需要應(yīng)用:能量守恒方程; 質(zhì)量平衡方程; 濕空氣的特性參數(shù); 此外,研究這些過程和裝置的不可逆性時還要用: 熵方程.現(xiàn)以烘干和冷卻塔為例,說明其應(yīng)用及計算方法.一烘干 烘干裝置是利用未飽和濕空氣吹過被烘干的物料,吸收其中水分的設(shè)備.為提高濕空氣的吸濕能力,一般都先將濕空氣加熱.設(shè)備的示意圖分別如圖14-9ab所示. 相對溫度為1溫度為t1的濕空氣定壓下通過加熱器時,外界加熱濕空氣,濕空氣溫度升高到t2.但并未增加濕空氣的水蒸氣含量,也無蒸汽凝結(jié)析出,因而相對濕度下降為2,所以提高了吸濕能力.可見在加熱器中的加熱過程是個升溫增焓的定比濕度(1=2)過程.在h-圖上是一條向上的垂線,如圖14-9b中12線所示.對每千克干空氣的加熱量q=h1-h2 KJ/kg (干空氣) 當(dāng)加熱后的濕空氣進入干燥器干燥物料時,主要由濕空氣放熱(減少濕空氣的焓)使?jié)裎锪现械乃制M入空氣,增加空氣中所含水蒸氣的焓.由此,干燥過程可近似看成空氣溫度逐漸降低而濕度逐漸增加的定焓過程,即h2-h3,如圖14-9b中23線所示.顯然,每千克干空氣從濕物料中帶走的水分為=3-2 kg(水蒸氣)/kg(干空氣)二冷卻塔 在缺水地區(qū),工業(yè)中的冷卻用水,常用空氣使之冷后再循環(huán)使用.冷卻方法之一是通過間壁(式或表面)式換熱器中的壁面將空氣和被冷卻的水分隔開,而使之進行熱量交換.這種換熱方法,被冷卻的水溫最低只能被冷卻至接近空氣溫度.若使空氣和被冷卻的水在冷卻塔中直接接觸(這種換熱器叫混合式換熱器),蒸發(fā)冷卻,則被冷卻的水溫在理論上可冷至空氣的濕球溫度(空氣的溫度),所以冷卻塔比間壁式換熱器能將更多熱量傳給空氣.因此,在給定的傳熱量下,冷卻塔的體績要比間壁式換熱器小.但冷卻塔的缺點是有水的蒸發(fā)損失,需要補充水.圖14-10為電廠冷卻塔蕘示意圖.由凝汽器排出的熱水(溫度為t13焓為h13流率為m13)在接近冷卻塔頂處送入塔內(nèi)向下噴淋,為提形成細(xì)滴有利于蒸發(fā).大氣中的未飽和顯空氣在塔內(nèi)逆行而上與水滴接觸,水蒸發(fā)而被冷卻,溫度降至t14焓為h14.從塔底冷卻池流出的冷卻水流率為m14,與補充水一起水泵送入凝汽器循環(huán)使用.單位時間內(nèi)流入與流出冷卻塔的濕空氣由ma【kg(干空氣)/h】和ma【kg(水蒸氣)/h】兩部分組成.其入口處的狀態(tài)1為t1h111,出口處的狀態(tài)2為t2h222.濕空氣在冷卻塔中經(jīng)歷的過程是升溫增焓增濕過程. 水流及濕空氣流在冷卻塔中是穩(wěn)定流動.若與外界熱量的交換可略去不計,又無外功交換,且宏觀動能與宏觀位能也可忽略不計,則根據(jù)穩(wěn)定流動能量方程可知h=0.即流體進入冷卻塔的焓等于流體離開冷卻塔的焓: (14-13)根據(jù)水的質(zhì)量平衡,則m l3+ ma1= m l4+ ma2或 m l3- m l4=ma (2 -1) (14-14) 合并式(14-13)與式(14-14)得 或 (14-15)式中, h2 和h2 可由式(14-9)求得. 式(14-15)和式(14-14)中, m13h13t13t14和h14確定百凝汽式電廠的型式及容量(即冷卻要求為已知),而濕空氣進入冷卻塔的狀態(tài)1(t1h111)由當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿鉅顟B(tài)確定,也是已知的.因此,只須選定濕空氣的出塔狀態(tài)2(t2h222.中任意兩個參數(shù)),就可根據(jù)式(14-5)和式(14-14)計算出所需的濕空氣量和所需補充的冷水量.相對濕度的定義相對濕度（Relative Humidity）?？諝庥形账值奶卣鳎瑵穸鹊母拍钍强諝庵泻兴魵獾亩嗌?。它有三種表示方法：第一是絕對濕度，它表示每立方米空氣中所含的水蒸氣的量，單位是千克/立方米；第二是含濕量，它表示每千克干空氣所含有的水蒸氣量，單位是千克/千克干空氣;第三是相對濕度，表示空氣中的絕對濕度與同溫度下的飽和絕對濕度的比值，得數(shù)是一個百分比。(也就是指在一定時間內(nèi)，某處空氣中所含水汽量與該氣溫下飽和水汽量的百分比。)相對濕度用RH表示。相對濕度的定義是單位體積空氣內(nèi)實際所含的水氣密度（用d1 表示）和同溫度下飽和水氣密度（用d2 表示）的百分比，即RH（%）= d1/ d2 x 100%；另一種計算方法是：實際的空氣水氣壓強（用p1 表示）和同溫度下飽和水氣壓強（用p2表示）的百分比，即RH（%）= p1/ p2 x 100%。干球溫度：指溫度計測得的空氣溫度，常采用攝氏溫度。在老式醫(yī)療用的溫濕度計（現(xiàn)在CCTC 一廠還有在使用）左邊那條溫度計實測的溫度即干球溫度。濕球溫度：指濕球溫度計測得的溫度，常采用攝氏溫度。在老式醫(yī)療用的濕溫度計右邊的那條溫度計上面就寫著濕球溫度?？梢园l(fā)現(xiàn)它的構(gòu)造，是在溫度計的感溫球包繞上一層棉紗，棉紗引到下面的水槽里，水槽注滿水，水被棉紗吸上來包圍著溫度計的感濕球。水在常溫下蒸發(fā)必須有外界的熱能支持才能進行，熱能的供給速度和水蒸發(fā)的速度達(dá)到一個穩(wěn)定的平衡，而在這個平衡界面的濕度就是濕球溫度。這濕球溫度的大小將反映出空氣相對濕度的大小。溫濕計：最原始的溫濕計就像是老式醫(yī)療用的那種溫濕度計，測定干球溫度，然后與濕球溫度比較差度，在刻度盤中查出現(xiàn)在實際的相對濕度的值，來得知現(xiàn)在空氣的濕度狀態(tài)。這刻度盤中的數(shù)據(jù)來自被譽為“空調(diào)之父”的美國人開利研制出的空氣焓濕圖?，F(xiàn)在大部分采用特種感溫感濕材料制成的溫濕計，有的更加上機械旋轉(zhuǎn)裝置構(gòu)成溫濕自動記錄儀，現(xiàn)在CCTC 普遍使用這種溫濕記錄儀。相對濕度與日常生活保持室內(nèi)相對濕度可防感冒 每到冬季，氣候異常干燥。據(jù)測，在北方地區(qū)120個供暖日中，僅有2.5天達(dá)到健康濕度，另有研究表明，室內(nèi)空氣污染是室外的510倍，所以冬季許多人缺少濕潤、潔凈的空氣?？茖W(xué)家通過對流行病的研究發(fā)現(xiàn)，在干燥的冬季，白喉、流感、百日咳、腦膜炎、哮喘、支氣管炎等的發(fā)病率顯著增加，導(dǎo)致上述疾病的原因很多，除了冬季溫度偏低、溫差變化大導(dǎo)致人體抵抗力下降外，還有如下兩方面的原因：其一，環(huán)境相對濕度過低使流感病毒和致病力強的革蘭氏陽性菌繁殖速度加快，而且隨粉塵擴散，引起疾病流行。其二，環(huán)境相對濕度過低可使人的呼吸系統(tǒng)抵抗力下降，誘發(fā)和加重呼吸系統(tǒng)疾病。因此，從某種意義上說，克服干燥就是克服流行病。 冬季，居室小氣候的最佳組合為：溫度1825，相對濕度4565RH。這時，人的身體、思維皆處于良好狀態(tài)，無論工作、休息都可收到較好的效果。目前市場上各種加濕器，可將相對濕度控制在最適合人體的濕度范圍內(nèi)，既可抑制病菌的滋生和傳播，還可提高免疫力。相對濕度合適數(shù)值據(jù)生理學(xué)家研究，室內(nèi)溫度過高時，會影響人的體溫調(diào)節(jié)功能，由于散熱不良而引起體溫升高、血管舒張、脈搏加快、心率加速。冬季，如果室內(nèi)溫度經(jīng)常保持在25以上，人就會神疲力乏、頭暈?zāi)X漲、思維遲鈍、記憶力差。同時，由于室內(nèi)外溫差懸殊，人體難以適應(yīng)，容易患傷風(fēng)感冒。如果室內(nèi)溫度過低，則會使人體代謝功能下降，脈搏、呼吸減慢，皮下血管收縮，皮膚過度緊張， 呼吸道粘膜的抵抗力減弱，容易誘發(fā)呼吸道疾病。因此，科學(xué)家們把人對“冷耐受”的下限溫度和“熱耐受”的上限溫度，分別定為11和32。在注意室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的同時，還應(yīng)注意室內(nèi)的相對濕度。夏天，室內(nèi)相對濕度過大時，會抑制人體散熱，使人感到十分悶熱、煩躁。冬天，室內(nèi)相對濕度大時，則會加速熱傳導(dǎo)，使人覺得陰冷、抑郁。室內(nèi)相對濕度過低時，因上呼吸道粘膜的水分大量散失，人會感到口干、舌燥，甚至咽喉腫痛、聲音嘶啞和鼻出血等，并易患感冒。所以，專家們研究認(rèn)為，相對濕度上限值不應(yīng)超過80%，下限值不應(yīng)低于30%。然而，人的體感并不單純受氣溫或相對濕兩種因素的影響，而是兩者綜合作用的結(jié)果。通過實驗測定，最宜人的室內(nèi)溫濕度是：冬天溫度為18至25，相對濕度為30%至80%；夏天溫度為23至28，相對濕度為30%至60%。在此范圍內(nèi)感到舒適的人占95%以上。在裝有空調(diào)的室內(nèi)，室溫為19至24，濕度為40%至50%時，人會感到最舒適。如果考慮到溫、相對濕度對人思維活動的影響，最適宜的室溫度應(yīng)是工作效率高。18，相對濕度應(yīng)是40%至60%，此時，人的精神狀態(tài)好，思維最敏捷。焓濕圖摘要：將濕空氣各種參數(shù)之間的關(guān)系用圖線表示，制成濕度圖，應(yīng)用甚為方便。包含一定質(zhì)量干空氣的濕空氣系統(tǒng)，還可能有蒸汽含量的變化，它比簡單可壓縮系統(tǒng)多一個狀態(tài)變化的自由度，因此濕空氣的狀態(tài)確定于三個獨立參數(shù)。平面圖上的狀態(tài)點只有兩個獨立參數(shù)，所以濕度圖常在一定總壓力下，再選定兩個獨立參數(shù)為坐標(biāo)制作。采用的坐標(biāo)可以有各種選擇，常見的有以含濕量和干球溫度為坐標(biāo)的d-t 圖，和以焓和含濕量為坐標(biāo)的h-d 圖。各種濕度圖的制作原理和應(yīng)用方法基本相同，本書主要介紹我國應(yīng)用較多的焓濕圖，即h-d圖。 上圖表示 h-d 圖的結(jié)構(gòu)。h-d 圖以焓h為縱坐標(biāo)，以含濕量d為橫坐標(biāo)。圖上畫出了定含濕量d，定蒸汽分壓力pv，定露點溫度t