相对湿度

一、湿度定义 在计量法中规定，湿度定义为“物象状态的量”。日常生活中所指的湿度为相对湿度，用RH%表示。总言之，即气体中(通常为空气中)所含水蒸汽量(水蒸汽压)与其空气相同情况下饱和水蒸气量(饱和水蒸气压)的百分比。 二、湿度测量方法 湿度测量从原理上划分有二、三十种之多。但湿度测量始终是世界计量领域中著名的难题之一。一个看似简单的量值，深究起来，涉及相当复杂的物理化学理论分析和计算，初涉者可能会忽略在湿度测量中必需注意的许多因素，因而影响传感器的合理使用。 常见的湿度测量方法有：动态法（双压法、双温法、分流法），静态法（饱和盐法、硫酸法），露点法，干湿球法和电子式传感器法。三、绝对湿度和相对湿度、露点 湿度很久以前就与生活存在着密 切的关系,但用数量来进行表示较为困难。对湿度的表示方法有绝对湿度、相对湿度、露点、湿气与干气的比值（重量或体积）等等。 绝对湿度是指每立方米的空气中含有水蒸气的质量。 相对湿度（Relative Humidity，缩写为RH）是指水蒸气在空气中达到饱和的程度，饱和时为100%RH。当绝对湿度不变时温度越高相对湿度越小。当空气中的含水量没有达到饱和状态，实际含水量与饱和含水量的比值就是相对湿度。相对湿度达到100%，水就不会再自然蒸发了。温度不同，饱和水量也不同，温度越高，容纳的水越多，温度降低了，空气中不能容纳原来那麽多的水了就会出现结露。 凝露是当空气湿度达到一定饱和程度时，在温度相对较低的物体上凝结的一种现象。 湿度是普遍存在的，而凝露只是湿度达到一定程度时的一种特殊现象。四、相对湿度RH%的计算公式 计算相对湿度可按照下述公式： 其中的符号分别是： w 绝对湿度，单位是克/立方米 w,max 最高湿度，单位是克/立方米 e 蒸汽压，单位是帕斯卡 E 饱和蒸汽压，单位是帕斯卡 s 比湿，单位是克/千克 S 最高比湿，单位是克/千克 湿空气大气中的空气总含有水蒸气，通常称为湿空气。在许多工程实际中都要利用湿空气，它所含的水蒸气量虽不多，却显得特别重要。由于水蒸气的性质不同于气体，而有其本身的特殊性，因此本章专题讨论湿空气的基本知识。空气与水蒸气的混合物湿空气江河中的水会汽化，湿衣服在大气中会晾干，所以通常大气中的空气总含有水蒸气。含有水蒸气的空气称为湿空气，不含有水蒸气的空气称为干空气因此，湿空气是干空气和水蒸气的混合物。物料的干燥，空气温度、湿度的调节，循环水的冷却等都与空气中所含水蒸气的状态和数量有密切关系。一般情况所采用的湿空气都处于常压，其中所含水蒸气的分压力很低（通常不过几百帕），而湿空气可作为理想气体来处理。对湿空气的分析，一般也用类似于理想气体混合物的分析方法但不尽相同，因理想气体混合物的各组成成分总是保持不变，而湿空气中水蒸气的含量随着温度的变化一般也在改变，且水蒸气的压力状态，由其分压力和温度来确定，即水蒸气有其特殊的物性。若湿空气（大气）的压力与温度分别为Pb及t，则湿空气中水蒸气的温度也应是t。对应与温度t，水的饱和压力为Ps。例如室温为30度时，水的饱和压力为Ps为佳0。042417E5Pa。如湿空气中水蒸气的压力Pv等于此饱和压力Ps，该水蒸气就处于饱和状态，如图案14-1中点A。此时的湿空气，即干空气和饱和水蒸气组成的混合气体就称为饱和湿空气。饱和湿空气中的水蒸气的含量已达到最大限度除非提高温度，否则饱和湿空气中水蒸气的含量不会再增加。如再增加水分，水蒸气将凝结成水滴而从湿空气中析出。实际上，除了接近水面而且不流动的特殊情况外，大气中水蒸气的分压力一般总是小于相应温度下的饱和压力，即Pv<Ps=f（t），如图中点B。换言之，日常接触的湿空气一般都是未饱和湿空气，即干空气和过热蒸汽组成的混合气体。根据道饵顿分压定律知：湿空气（大气）压力Pb=干空气分压力Pa+水蒸气分压力Pv （14-1）若未饱和湿空气中水蒸气的含量不变，即水蒸气分压力Pv不变，而湿空气的温度逐渐降低，其状态将沿T-s图（图14-1）上的定压线BC冷却，最终和干饱和蒸汽线（x=1）相交与C点，此时将处于饱和状态。再冷却，则水蒸气在C点温度下开始凝结，生成水滴或结露。此开始结露温度称为露点。所以露点就是与湿空气中水蒸气分压力Pv相对应的饱和温度。由此可见，测出露点也就相当于测出了当时湿空气中水蒸气的分压力Pv。露点在锅炉设计及运行时有很大的现实意义，因为锅炉尾部受热面（例如空气预热器低温段）的堵灰和腐蚀，就是由于受热面的金属温度低于烟气中水蒸气和硫酸气体的露点之故，一旦开始结露，如果但是水分就会引起堵灰，如果H2SO4凝结在受热面上，则会造成腐蚀。防止腐蚀和堵灰的措施不在这讨论，但最基本的原则是防止烟气结露。湿空气的湿度湿空气既然是干空气和水蒸气的混合物，因此，要确定它的状态除了必须知道空气的温度t和压力Pb外，还必须知道湿空气的成分，特别是湿空气中所含水蒸气的量。湿空气中水蒸气的含量通常用湿度来表示，其表示方法有以下三种。绝对湿度每1m3的湿空气中所含有的水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度。因此，在数值上绝对湿度等于在湿空气的温度和水蒸气的分压力Pv下水蒸气的密度v值可由水蒸气表查得，或由下式计算v=mv/V=Pv/RvT （14-2）式中mv为水蒸气的质量（kg）。Rv为水蒸气的常数。由图14-1及图14-2可见，状态B为过热水蒸汽，此时是未饱和湿空气。当保持温度T不变，而使空气中水蒸气的含量增加（绝对湿度v增加）时，由式（14-2）知，水蒸气的分压力Pv也增加。在图14-2中，由状态B沿定温线向左移，直到与干饱和水蒸气线相交于A点，即水蒸气达饱和而为饱和湿空气。此时，水蒸气的含量为最大，v=n=max。相对湿度大气中水蒸气的数量，可在0与饱和状态时的密度”之间变动。绝对湿度只表示湿空气中实际水蒸气含量的多少，而不能说明在该状态下湿空气饱和的程度或吸收水蒸气能力的大小。因此，常用相对湿度来表示湿空气的潮湿的程度。相对湿度的定义是湿空气的绝对湿度v与同温度下饱和湿空气的绝对湿度”之比，用符号表示即可=v/”=v/max （14-3）若将湿空气中的水蒸气视为理想气体，则Pv=RvTvPs=RvT”两式相除，即得v/”= Pv/ Ps代入（14-3）得=v/”=v/max= Pv/ Ps （14-4）式中，max表示在温度为t时湿空气中的水蒸气可能达到的最大分压力，即Ps。T一定时，Pmax（或Ps）相应有一定的值。上式说明，相对湿度也可用湿空气中水蒸气的实际分压力Pv与温度下水蒸气的含量接近饱和的程度，故也称为饱和度。值愈小，表示湿空气愈干燥，吸收水分的能力愈强；反之，值愈大，表示湿空气愈潮湿，吸收水分的能力愈弱。当等于0时，则为干空气；等于一时，则为饱和湿空气。所以，不论湿空气的温度如何，由值的大小可直接看出它的干湿程度。相对湿度通常用干湿温度球计来测量，如图14-3所示。两支相同类型的温度计，其中之一在测温泡上蒙一浸在水中的湿纱布，成为湿球温度计。将干湿球温度计置于通风处，使空气连续不断地流经温度计，干球温度计上的读数即为空气的温度t。湿球温度计因和湿布直接接触，其读数应为水温。若空气为饱和湿空气（即=1），则湿布上的水不会汽化，两支温度计上的读数将相同。若空气为未饱和湿空气（即<1），则流经湿布时水会汽化。汽化需要汽化潜热，水的温度将因为汽化放热而下降，水和空气间就形成温差。温差的存在，促使较热的空气传热给较冷的水。水因汽化而放热，又因温差而自空气吸热，如放热量大于吸热量，水温势必继续下降至某一温度时，放热两量和吸热量相等，水温也就不再下降，汽化所需之热完全来自于空气。此时湿球温度计上的读数称为湿球温度，以符号Tw表示。温度为定值T的空气，所含水蒸气愈少（亦即离饱和状态愈远），其湿球温度也就愈低。因为空气流经湿布时汽化的水分较多，要求更大的温差以便从空气吸取更多的热来满足汽化的需要。由此可见，Tw和空气实际所含的水蒸气的量（或实际的绝对温度）有关。另外，空气的最大绝对湿度取决于空气的温度T。因而和T及Tw之间应有一定的关系=f（T，Tw）。根据这一关系，在测定了空气的T及Tw后，即可求的空气的相对湿度。一般的干湿球温度计上都将=f（T，Tw）列成表，可根据T及Tw直接读出。比湿度（含湿量）物料的干燥以及冷却塔中的水的冷却过程，都是利用空气来吸收水分。然而，无论湿空气的状态如何变化，其中干空气的质量总是不变的，而所含的水蒸气的质量在改变。为了分析和计算方便，常采用干空气质量作为计算基准。一定容积的湿空气中水蒸气的质量Mvkg之比称为比湿度（或称含湿量），一符号表示，即=Mv/Ma=v/a kg（水蒸气）/kg（干空气） （14-5）须特别指出，上式以“kg（干空气）”为计算基准，它不同于1kg质量的湿空气，它是将所含水蒸气的质量计算在干空气之外，也即在（1+）kg水蒸气。由于以1kg质量干空气为基准，这个基准是不随湿空气的状态改变而改变的。所以只要根据比湿度的变化，就可以确定实际过程中湿空气的干湿程度。对于水蒸气和干空气，可写成Pv=RvTvPa=RaTa式中 空气的气体常数Ra=287J/（kgK） 水蒸气的气体常数Rv=461.9 J/（kgK）将以上关系式及式（14-1），即Pb=Pa+Pv代入式（14-5），可得=0.622Pv/（Pb-Pv）=0.622Pmax/（Pb-Pmax） kg（水蒸气）/kg（干空气）（14-6）由上式可见，当湿空气的压力Pb一定时，湿空气中的比湿度只取决于水蒸气的分压力Pv，即=f（Pv）。因此和Pv不是互相独立的参数，不能同时作为两个独立参数来确定湿空气的状态。要确定湿空气的状态，除了给定Pv或（）外，还需知道另一个独立参数，例如T。湿空气的焓和熵前面所述湿空气的工程应用，大都是在稳定的流动下运行的，因而在进行工程运算时，焓是个很重要的参数。湿空气的焓H应等于干空气的焓之和，即H=Ha+Hv=MaHa+MvHv （14-7）湿空气的（比）焓H通常也以1kg干空气为计算基准，即以1Kj/kg（干空气）为单位。将式（14-7）除以Ma，得H=Ha+MvHv/Ma或H=Ha+Hv （14-8）式中 H为湿空气的（比）焓，1KJ/kg（干空气） Ha为干空气的（比）焓，1KJ/kg（干空气） Hv为水蒸气的（比）焓，1KJ/kg（水蒸气）如以0度时的焓为0，则干空气的焓Ha=CpTKJ/kg（干空气）式中，T为湿空气的温度，即干球温度。如温度变化不大（在100度以下），则可将空气的Cp当做定值，即Cp=1.005 Kj/（kgK）而水蒸气的焓的近似式为Hv=2501+1.863T 1Kj/kg（水蒸气）式中2501为0.01度时饱和水蒸气的焓值；1.863为常温低压下水蒸气的平均压比热容。由此，湿空气的焓近似为H=1.005T+（201+1.863T） 1KJ/kg（干空气） （14-9）用类似的方法可求得以1kg