湿空气之特性.PDFVIP

濕空氣之特性 台大生機系教授 馮丁樹 [10/14/2001] 穀物乾燥過程中，其媒介物為濕空氣。濕空氣為乾空氣與水蒸氣之混合物， 乾空氣包含有數種氣體，其中主要者為氧和氮，其他少量分子則如氨、二氧化碳、 氖等氣體。乾空氣混合體之分子重為 28.966 ，而各氣體分子在1 摩爾數中所佔之 成份分別為：氧 0.2095 、氮0.7809 ．氨0.0093 及二氧化碳 0.0003 。實際上，乾 空氣之比例常因地區或高度略有不同，惟在一般工程上之運算中，上項比例應夠 精確。 除乾空氣外，濕空氣尚包含有數量不定之水蒸氣，雖然在穀物乾燥期間，空 氣中所含之水蒸氣重量比例常不足十分之一，但是水蒸氣分子之存在對乾燥過程 則具有深刻之影嚮。目前有若干術語可以表示水蒸氣在濕空氣中所含之分量。下 節將逐步介紹這些名稱與定義，以及熱工學上表示濕空氣特性之有關術語。 壹、術語與定義 在穀物乾燥論文中，有三種有關濕度之術語常被引用，以表示乾燥時空氣中 之水蒸氣含量。分別為水蒸汽壓力(Vapor pressure) 、相對濕度(Relative humidity) 及濕度比(Humidity ratio) 。空氣之溫度表示則有乾球、露點與濕球等三種。此外， 與穀物乾燥有關之計算中，亦常論及空氣之兩項特性：熱熔(Enthalpy )與比容 (Specific volume) 。茲就上述八種空氣之熱力特性分別在下面各節說明。 一、蒸氣壓力 水蒸氣壓(P )係水蒸氣分子在濕空氣中所產生之偏壓 ，當空氣中所含的水蒸 v 氣完全達到飽和狀態時，該蒸氣部份之壓力則稱為飽和蒸氣壓(Saturated vapor pressure, Pvs) ，與大氣壓力(101.325kPa)相比，乾燥時之蒸氣壓力相當微小(約小於 7 kPa) 。 二、相對濕度 相對濕度(Relative humidity, RH)為相同之大氣壓力與大氣溫度下，空氣中水 蒸氣之摩爾分數(或蒸氣壓)與飽和空氣中水蒸氣之摩爾數(或蒸氣壓)之比值。相 對濕度可用小數或百分比表示。穀物乾燥過程中，空氣相對濕度值常落在 0.0% 及 100.0%之間。 三、濕度比(絕對濕度) 濕度比(Humidity ratio,W)係在濕空氣中 ，每單位乾空氣所含水蒸氣之重量。 -1- 其他用以表示濕度比之術語尚有絕對濕度(Absolute humidity)與比濕度(Specific humidity)兩種。乾燥時，熱空氣之濕度比值相當微小，其範圍約在 0.005 至 0.2 kg 水/kg 乾空氣。 四、乾球溫度 乾球溫度(Dry-bulb temperature, T)係指一般溫度計所指示之濕空氣溫度。本書 內表示之溫度，其符號若未附加小字，即表示乾球溫度。穀物乾燥期間，其所用 空氣溫度之範圍常落在 4℃~300℃之間。 五、露點溫度 在固定濕度比與大氣壓力下，若將空氣逐漸冷卻，空氣中水汽開始凝結時之 空氣溫度稱為露點溫度(Dew-point temperature, Tdp) 。露點溫度可認為濕空氣在某 濕度比與蒸氣壓下之飽和溫度。 六、濕球溫度 濕空氣特性分析時，其濕球溫度(Wet-bulb temperature, Twb )與一般熱力學上 所言之濕球溫度，在情況上略有不同，故應加以區別。熱力學上所謂之濕球溫度 (Twb *)係在濕空氣與水兩者於絕熱狀態下，由於水之蒸發，兩者最終達到飽和狀 態時之溫度。這種方式需經過相當長的時間，在時效上較差，故均採用濕球溫度 計(Psychrometer) ，或稱為乾濕球溫度計 。此兩種方法測定出之濕球溫度大體上 是相等的。 濕球溫度計係普通溫度計之水銀球上覆以濕紗布，由溫度計上所指示之溫度 讀數，即為濕空氣之濕球溫度(Twb) 。此時濕空氣通過濕紗布面之風速至少應在 0.5m/s 以上，所得讀數方算準確。若採用熱電偶作為測溫點，則上述風速則更應 低些，方能獲得相同之準確度。熱力學上之濕球溫度與一般濕球溫度讀數差應在 0.25℃以內；而乾 、濕球溫度差則應在 11℃以內。 七、熱焓 熱焓(Enthalpy, h)為一