②应让湿纸在无约束状态下干燥，使纸的纵、横向充分收缩。......
2023-06-23
湿空气的性质：含水蒸气对气体特性的影响
【摘要】：饱和空气中的水蒸气分压力称为饱和蒸气分压力，用VP′表示。1m3湿空气中所含水蒸气的重量称为湿空气的绝对湿度，以表示。相对湿度表示湿空气接近饱和的程度。在一定温度下，每公斤于空气中最大可容纳的水蒸气量称为饱和含湿量，以表示。
湿空气是干空气和水蒸气所组成的混合气体。空气中都含有一定量的水蒸气，都是某种程度上的湿空气，湿空气的性质直接影响水的冷却效果。
1.湿空气的压力
（l）湿空气的总压力。
就冷却塔而言，湿空气的总压力就是当地的大气压力
，根据道尔顿分压定律其等于干空气分压力与水蒸气分压力之和，用下式表示：
式中：
——湿空气压力，即大气压力，N/cm2；
P0——干空气的分压力，N/cm2；
PV——水蒸气的分压力，N/cm2。
干空气和水蒸气的分压力，可写成下列形式：
式中：V——气体体积，m3；
G——气体质量，kg；
=
——气体的密度，kg/m3；
R——气体常数，kg·m；
T——气体绝对温度，K；
将式（7-3）分别用于于空气和水蒸气，则得
式中：R0——干空气气体常数，取287.14J/（kg·K）；
RV——水蒸气气体常数，取461.53J/（kg·K）；
——干空气在其本身分压下的密度，kg/m3；
——水蒸气在其本身分压下的密度，kg/m3。
（2）饱和水蒸气分压力。
湿空气在一定温度下含湿量有一个最大值，即此时吸纳水蒸气最多，这时湿空气称为饱和空气。饱和空气中的水蒸气分压力称为饱和蒸气分压力，用VP′表示。湿空气在某一温度下的水蒸气分压力PV不会超过该温度条件下的饱和蒸气分压力VP′。当空气温度t=0～100℃并在通常的气压范围内时，饱和蒸气分压力VP′可用下列公式计算：
式中：
VP′——饱和蒸气分压力，atm；
T——绝对温度（293.15+t），K；
t—空气的温度，℃。
从式（7-6）可知，饱和蒸气分压力VP′只与空气温度有关，而与大气压无关。空气的温度越高，VP′也越大。因此，在一定温度下已达饱和的空气，当温度升高时则成为不饱和空气；反之，不饱和的空气，当温度降到某一值时，又成为饱和的空气。
2.湿度
湿度是空气中含水分子的浓度。它常用绝对湿度、相对湿度和含湿量来表示。
（1）绝对湿度。
1m3湿空气中所含水蒸气的重量称为湿空气的绝对湿度，以
表示。其数值等于水蒸气在其分压力PV、湿空气温度T时的密度。由式（7-4）（7-5）可知
同样，饱和空气的绝对湿度Vγ′′为
（2）相对湿度。
一定容积的湿空气在某一温度下，所含水蒸气的重量与同温度下达到饱和时所含水蒸气重量之比，称为该温度的相对湿度。相对湿度实际是湿空气的绝对湿度Vγ与同温度下的饱和湿度Vγ′之比。用中表示：
将式（7-7）（7-8）代入上式得
饱和空气的相对湿度是1，其他情况下都小于1。相对湿度表示湿空气接近饱和的程度。相对湿度越小，空气吸收水分的能力越强。
由式（7-1）及（7-10）可以求出干空气分压力P0、饱和水蒸气分压力VP′及相对湿度的关系：
相对湿度的计算公式为
式中：t、τ——湿空气的干球温度、湿球温度，即采用干球温度计、湿球温度计测定的温度，℃；
、Pτ′′——分别为温度t、τ的饱和水蒸气压力，kPa；
PX——大气压力，kPa。
（3）含湿量。
1kg干空气所含水蒸气的重量称为湿空气的含湿量，也称比湿，单位为kg/kg干空气，用x表示：
将式（7-4）（7-5）（7-1）（7-10）和气体常数代入上式得
由式（7-14）可知，一定大气压力PX下，空气的含湿量x随水蒸气的分压力PV增加而增大。
大气压PX一定时，使湿空气成为饱和空气的温度称露点。当空气低于露点温度时，水蒸气开始凝结。
在一定温度下，每公斤于空气中最大可容纳的水蒸气量称为饱和含湿量，以
表示。由式（7-14）知，当φ=1.0时，含湿量达最大值，此时含湿量即为饱和含湿量：
一定温度下，x值等于
的空气称为饱和空气，它不能再吸收水蒸气。如果x<
，则每公斤干空气能吸收（
=x）kg的水蒸气；
-x越大，说明空气越干燥，吸湿能力越强，反之亦然。如已知含湿量x，由式（7-14）（7-15）可求得Pv和
：
3.湿空气的密度
湿空气的密度
等于每立方米湿空气中所含的干空气和水蒸气在其各自分压下的密度之和。
按式（7-4）和（7-5）代入上式之后，再利用（7-10）和（7-11）式的关系得
上式表明，湿空气的密度随大气压力的降低和温度的升高而减少。湿空气的密度可按（7-18）式计算，也可查有关图表。
4.湿空气的比热
干空气1公斤、含湿量x公斤的湿空气温度升高1℃所需的热量，称为湿空气的比热，用Cx表示，单位为kJ/（kg·℃）：
式中：
——干空气的比热，kJ（/kg·℃），在压力一定时，温度小于100℃的情况下，约为1.005kJ/（kg·℃）；
——水蒸气的比热，kJ/（kg·℃），约为1.842kJ（/kg·℃）。
x——湿空气的含湿量，kg/kg干空气。
以
、
值代入得
在实际水蒸发冷却计算中，Cx一般取1.05kJ/（kg·℃）。
5.湿空气的焓
湿空气的焓数值等于1公斤干空气和x公斤水蒸气所含热量的总和。湿空气的焓
表示，单位为kJ/kg，故得
式中：
——干空气的烙，kJ/kg；
——水蒸气的恰，kJ/kg；
x——湿空气的含湿量，kg/kg干空气：：
计算热量时，要有计算基点，国际水蒸气会议规定，在水蒸气的热量计算中，以温度为0℃的水所含热量为零，因此，lkg干空气在温度t时的焓
的值为
，
为干空气的比热，为1.005kJ/（kg·℃）。
水蒸气的焓由两部分组成：
（1）1公斤0℃的水变成l公斤0℃的水蒸气所吸收的热量，这一热量称为水的汽化热，用
表示，
=2500kJ/kg。
（2）1公斤0℃的水蒸气升高到t℃时所需的热量，其位为
，即1.842tkJ（/kg·℃）。故得
用
和
的表达式代入式（7-21）得
上式经整理得
以式（7-14）代入式（7-24），得出
式中饱和蒸汽压力
为定值，说明湿空气含热量
只是温度t、相对湿度
和压力Px的函数，由于采用上式计算繁琐，可直接通过图7-5查出
值。
6.湿空气的焓湿图
一般一个地区的气压Px变化很小，可看作定值。从式（7-25）可以看出，当空气压力Px固定时，含湿量x、温度t、相对湿度
、焓i中只有两个独立变量，把湿空气的四个重要热力学参数都绘在同一张图上，这样的图称为焓湿图，如图7-6所示。图中在温度t—含湿量x的直角坐标图上，同时绘出相对湿度
和焓i的等值线，图中的任何一点，都代表热焓i、温度t、含湿量x和相对湿度
这4个参数所构成的一组固定数值，当4个参数中的两个数值给定后，其它两个的数值也就随之查出。
图7-5 湿空气的含热量计算图
图7-6 湿空气的焓湿图
结合图7-7，说明焓湿图的应用如下：
图7-7 湿空气焓湿图的应用示意图
（1）当温度t固定，从图中看出，焓i及相对湿度
均随x的增、减而增、减，当
达到最大值1.0时，x和i也都达到它们的最大值，此时对应的是该温度下的饱和含湿量和饱和焓。如
=1线上的B点其对应的就是其饱和温度tB下的饱和含湿量xB，饱和焓iB。
（2）当含湿量x固定不变时，x将沿着平行于温度轴的方向移动，由图中看出，焓值i是随温度的增、减而增、减的，但相对湿度
则随温度t的降低而增加，t的升高而减小。当t由tC降到与，
=1的线相交的饱和温度tB，即E移到B点时，空气达到饱和，tB的进一步降低，空气中将不能容纳原来的含湿量x，多余的部分将凝结成水。饱和温度tB即相当于含湿量xB的露点。
（3）当固定焓值i不变，即相当于绝热条件下时，i将沿着图中等值线移动，如图中AB线上D点的情况。由图中看出，当i沿着相对湿度
增加的方向移动时，含湿量x将随之上升，但温度则随之下降；反之，当i朝
减小的方向移动时，则为温度t随之上升而含湿量随之下降。在i等值线与
=1.0的交点B处达到饱和点，并存在与之匹配的一个饱和温度tB值和一个饱和含湿量xB值。
（4）相对湿度
固定不变时，焓i、温度t和含湿量x将同时增大或同时减小。
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