如何测量湿空气的含水量？

一、湿空气的分类

1.干空气和湿空气

由于海洋、江河、湖泊等水分的蒸发，空气中总含有少量的水蒸气。含水蒸气的空气被称为湿空气。完全不含有水蒸气的空气称为干空气。因为水蒸气在空气中含量很少，而且变化不大，因此，在某些情况下往往略去了它的影响。例如，以空气作为柴油机或燃气轮机动力装置的工质时，通常就不考虑其中含有少量水蒸气的影响。但是在某些情况下，空气中的水蒸气对人们的生活和生产却有很大的影响，如潮湿的空气会使人感觉不舒服，使食品容易腐烂；而干燥的空气也会使人感到不适，食品会因失去必要的水分而干缩，等等。利用空气调节装置可以把对人不适宜的空气状态，加工为适宜的状态。因此有必要了解湿空气的热力性质，并掌握其加热、冷却和加湿等过程的计算。

湿空气是干空气与水蒸气的混合物。干空气可视为理想气体，而存在于大气中的水蒸气，由于其压力通常是很小的，所以它的比体积很大，分子间的距离是足够的远，可以作为理想气体处理。湿空气这种干空气和水蒸气的混合物，是一种特殊的理想气体混合物，其中水蒸气的含量可能凝结而减少，也可能由于水的蒸发而增加，这正是与不凝结性气体组成的混合气体的不同之处。根据道尔顿分压定律，干空气分压力与水蒸气分压力之和为湿空气的总压力，简称为湿空气压力（大气压力），即

根据水蒸气的性质（如图7-2），在温度一定的条件下，水蒸气所能达到的最高压力就是该温度下的饱和压力，这时水蒸气就是该温度下的干饱和蒸汽（如图7-2中的状态b），当水蒸气的压力低于该温度下的饱和压力时，该蒸汽就处于过热蒸汽状态（如图7-2中的状态a）。

图7-2湿空气中水蒸气状态的p-υ图和T-s图

由于饱和蒸汽与干空气所组成的混合气体被称为饱和湿空气。“饱和”的含义可理解为湿空气中水蒸气的分压力已达到湿空气温度下的饱和压力，即pv＝pv.max＝ps（t）。水蒸气的分压力达到了最大值，说明湿空气中水蒸气的含量已达到了最大限度。在该温度下，湿空气已经不可能再吸收水分，就其吸收水分的能力而言，湿空气已经“饱和”了。

由过热蒸汽与干空气所组成的混合气体被称为未饱和空气。“未饱和”的含义可理解为水蒸气的分压力尚未达到湿空气温度下的饱和压力，即有pv＜pv，max＝ps（t）；在该温度下，湿空气中水蒸气的含量尚未达到最大值，湿空气尚未饱和，还具有吸收水分的能力。一般情况下，湿空气均处于未饱和状态。

二、湿空气的温度

未饱和空气可通过某些途径变为饱和空气，通常有3种方式可使未饱和空气变成饱和空气，即定温饱和、定压饱和和绝热饱和，它们分别对应不同的湿空气温度。

1.干球温度

如果保持湿空气的温度不变且使之与水接触，由于水的蒸发，湿空气中的水蒸气的分压力pv不断增大，当增大到与温度tb相应的饱和压力ps时，水蒸气成为饱和蒸汽，如图7-2中ab过程所示，这时，点b状态下的湿空气就变为饱和空气。因为ps是温度ta时水蒸气压力所能达到的最大值，也是湿空气中水蒸气分压力pv所能达到的最大值。此时的温度为干球温度。

2.露点温度

如果把未饱和空气（如图7-2中的点a状态）在与水隔绝的情况下定压冷却，当湿空气的温度td下降到水蒸气分压力pa所对应的饱和温度时，湿空气中的水蒸气便由过热蒸汽变为饱和蒸汽，如图7—2中ad过程所示，湿空气也就变成点d温度下的饱和空气了。此时点d的温度即为点a状态下未饱和空气的露点温度，简称露点，用td表示。所以，未饱和空气中的过热蒸汽在水蒸气分压力不变的情况下，冷却至饱和蒸汽时的温度称为未饱和空气的“露点”，或湿空气中水蒸气分压力pv相应的饱和温度即为“露点”。

露点是湿空气的一个重要状态参数。在空气调节中，为了减少湿空气中水蒸气的含量，可设法使湿空气冷却到温度低于露点，水蒸气便以水滴形式析出，这一点对锅炉的运行管理有较大的影响，锅炉尾部的受热面（例如空气预热器的低温段），由于受热面的金属温度低于烟气中水蒸气和二氧化硫气体的露点而凝结，在受热面上将形成硫酸，就会造成严重的堵灰和腐蚀。防止堵灰和腐蚀的主要原则是设法避免烟气中的水蒸气结露。

3.湿球温度

湿空气经历一个绝热饱和过程所达到的温度，称为绝热饱和温度，用t W表示。绝热饱和温度在数值上等于干、湿球温度计所测得的湿球温度，因此，它又可称为理论湿球温度，或热力学湿球温度。

图7—3是一个绝热饱和装置的示意图，可以用它来测定空气的绝热饱和温度tw。待测的未饱和湿空气从进口界面1流入装置。具有吸湿能力的湿空气在流经绝热饱和装置的过程中，逐渐吸收水分而达到饱和。与此同时，由于装置中的水分蒸发必须从空气中吸收热量（因为装置是绝热的），使空气温度下降。当空气从出口界面2流出时，已经达到了饱和状态，这是绝热饱和装置必须达到的技术要求。为了补偿空气流过时所吸收的水分，相等流率的补充水从界面3流入。当进出口界面上的状态参数不再变化时，说明绝热饱和装置已在稳定工况下工作。测出进出口界面上的可测参数t1，p1，t2，p2，t3（t3＝t2），根据湿空气参数之间的关系，即可确定进出口处湿空气的状态。湿空气的绝热饱和过程如图7-2所示的ac过程，其中点c状态的温度即为绝热饱和温度t W。

图7-3 湿空气的绝热饱和过程

三、湿空气的湿度

一般用含湿量和相对温度来衡量湿空气的湿度。

1.含湿量(www.xing528.com)

一体积的湿空气中水蒸气质量mv与干空气质量ma之比，称为湿空气的“含湿量”，用d表示，其单位为kg水蒸气/kg干空气。由于湿空气中的水蒸气质量很少，通常以1kg的1/103为单位，即g水蒸气/kg干空气。即

由式（7-20），可把含湿量d理解为与1kg干空气相混合的水蒸气质量。d若采用“g水蒸气/kg干空气”为单位，则在（1＋0.001d）kg湿空气中含有dg水蒸气。可见，含湿量不是以1kg湿空气为计算的基准，而是以1kg干空气作为计算的基准的。这是因为，对湿空气加工处理时，其所含水蒸气的质量往往发生变化，因而被加工处理的湿空气质量也随之变化，但其中干空气的质量总是不变的。用干空气作为计算基准可给分析计算带来方便。据此，对湿空气加工处理时，根据d的变化，便可确定其过程中所含蒸汽质量的变化。

由于湿空气可视为理想气体，对水蒸气和干空气分别有

将以上两式代入式（7-20）中，可得

由式（7—19）得

则

由式（7-21）可见，当pb一定时，湿空气的含湿量d与水蒸气分压力pv之间有着一一对应的关系，即给定pv，则有与之相对应的d；反之，给定d，则有与之相对应的pv。因此，当pb一定时，对湿空气加热或冷却，如d保持不变，则pv不变。

2.相对湿度

用含湿量d计算湿空气中水蒸气的质量是很方便的，但用d不能直接表述湿空气的干湿程度。如上所述，湿空气的干湿程度在空气调节、食品储藏和运输等行业中是很重要的。为了确切地表述湿空气的干湿程度，把湿空气中水蒸气分压力pv与湿空气温度t下水蒸气饱和压力ps之比，称为“相对湿度”，用表示，即

由式（7-22）可见，当＝1，pv＝ps，这时湿空气中水蒸气为饱和蒸汽，即＝1的湿空气为饱和空气；当0＜＜1，pv＜ps时，湿空气中水蒸气为过热蒸汽，即0＜＜1的湿空气为未饱和空气，＝0，pv＝0，这是不含有水蒸气的情况，因此可将干空气视为＝0的“湿”空气。可见，不论湿空气温度如何，相对湿度表述了湿空气接近饱和空气的程度。通常所谓空气的干湿程度，是指水在其中的蒸发速率而言。蒸发迅速，人们感到干燥；蒸发缓慢，则感到潮湿。相对湿度与蒸发速率直接有关，值越大，蒸发速率越小。因此，相对湿度确切地表述了湿空气的干湿程度。

3.含湿量与相对湿度之间的关系

由相对湿度的定义式（7-22）得，将其代入式（7-21），可得

当已知湿空气的压力pb和温度t（由t查饱和蒸汽表可确定ps）时，每给出一个，便可由式（7-23a）求得相应的d；反之，每给出一个d，便可由式（7-23b）求得相应的。

四、湿空气的焓

在工程上，湿空气大都是在稳定流动下工作的。因而进行工程计算时，焓是个很重要的参数。从空气焓的变化，可以求得湿空气吸收或放出的热量。

1kg干空气的焓，即比焓ha，与0.001dkg水蒸气焓的和，称为“湿空气的比焓”，用符号h表示。即

如取0℃时干空气的焓为零，则

如温度变化范围不大（在1000℃以下），可将空气的质量比定压热容cp当做定值，取cp＝1.005kJ/（kg·K），则

hv为1kg过热蒸汽的比焓。查附表2可得0℃饱和水蒸气的比焓为2501.0kJ/kg，过热蒸汽在常温低压下的比定压热容可近似取为cp＝1.86kJ/（kg·K），则过热蒸汽比焓的近似式为

因此，（1＋0.001d）kg湿空气的焓，即以1kg干空气为基准的湿空气比焓为

式中，t为湿空气的温度。