含有水蒸气的空气称为湿空气,所含水分的程度用湿度和含湿量来表示,湿度的表示方法有绝对湿度和相对湿度之分。
(1)绝对湿度
每一立方米的湿空气中所含水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度,常用x(单位为kg/m3)表示,即
或
式中 ms——水蒸气的质量(kg);
V——湿空气的体积(m3);
ρs——水蒸气的密度(kg/m3);
ps——水蒸气的分压力(Pa);
Rs——水蒸气的气体常数,Rs=462.05N·m/(kg·K);
T——热力学温度,K。
(2)饱和绝对湿度
若湿空气中水蒸气的分压力达到该湿度下水蒸气的饱和压力,则此时的绝对湿度为饱和绝对湿度,用xb(单位为kg/m3)表示,即
式中 pb——饱和空气中水蒸气的分压力(Pa)。
(3)相对湿度
在某一确定温度和压力下,其绝对湿度与饱和绝对湿度之比称为该温度下的相对湿度,用φ表示,即
当空气为绝对干燥时:ps=0,则φ=0;当空气达到饱和时:ps=pb,则φ=100%。
一般湿空气的φ值在0~100%之间变化。通常情况下,空气的相对湿度在60%~70%范围内人体感觉舒适。气动技术规定各种阀允许使用的空气介质相对湿度不得大于95%。
(4)密度
湿空气的密度ρ′用下式计算
式中 p——湿空气的全压力(MPa);
pb——某温度t℃时饱和空气中水蒸气的分压力(MPa)(表9-3);
φ——空气的相对湿度(%)。
表9-3 标准大气压下饱和空气中水蒸气的分压力、含湿量与温度的关系
(5)含湿量
每千克质量的干空气中所混合的水蒸气的质量称为质量含湿量,(www.xing528.com)
或
式中 ms——水蒸气的质量(g);
mg——干空气的质量(kg);
pg——干空气的分压力(Pa);
p——湿空气的全压力(Pa),p=ps+pg。
含湿量也常用与单位体积干空气混合的水蒸气的质量来表示,称为容积含湿量,用d′(单位为g/m3)表示,即
d′=dρ (9-10)
式中 ρ——干空气的密度(kg/m3)。
由表9-3可以看出,当气温下降时空气的含湿量是降低的,所以从减少空气中所含水分的角度来看,降低进入气动设备的空气温度是有利的。
【例9-1】 已知湿空气的压力为1×105Pa,温度为20℃,相对湿度是75%,问湿空气的绝对湿度及含湿量各为多少?
解 根据表9-3可查得20℃时饱和水蒸气的分压力pb=0.023×105Pa。由式(9-7)得
可求得绝对湿度
x=φxb≈φdb′=75%×17.3g/m3=12.975g/m3
再由式(9-9)得
(6)压缩空气的析水量
在一定的温度下,湿空气中所能含有的水蒸气的量存在一个极限值,这就是饱和绝对湿度,或饱和含湿量。这个极限值随温度的上升而上升。在一般情况下,湿空气的含湿量是小于饱和含湿量的,湿空气不处于饱和状态。但一旦当含湿量超过饱和值,水分就不能以水蒸气状态存在于空气中,而要变成水滴凝析出来。这种情况往往发生在湿空气冷却的时候。
使湿空气中的水蒸气因冷却而开始凝析成水的湿度,称为该湿空气的露点。
湿空气被压缩后,原来在较大体积内含有的水蒸气都要挤到较小的体积里来,这样单位体积里所含的水蒸气量增大。由于压力的上升必定伴随着温度的上升,因此总的来说,气体的相对湿度变化不太大。但是压缩空气一旦被冷却下来。其相对湿度将大大增加,到温度降到露点以后,水蒸气就要凝析出来。
压缩空气冷却后的析水量W(单位为g/min)可按下式近似计算
W=q1ρ[φdb1-db2] (9-11)
式中 q1——空压机从外界吸入的湿空气的体积流量(m3/min);
ρ——干空气的密度(kg/m3);
φ——压缩前的相对湿度(%);
db1——压缩前的湿空气饱和含湿量(g/kg);
db2——压缩后的湿空气饱和含湿量(g/kg)。
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