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環(huán)境氣候在任何給定溫度時(shí)氣體的相對(duì)濕度定義為存在于氣體中的水汽量對(duì)在那相同溫度時(shí)zui大可能水汽量的百分比。在高于冰點(diǎn)的溫度時(shí),水只能以?xún)煞N熱力穩(wěn)定狀態(tài)之一。它能以氣體形勢(shì),稱(chēng)為水汽,存在,或者它能凝結(jié)成液體,往往成為露。又在零下的溫度時(shí),可以預(yù)期水或以氣體,依然稱(chēng)為水汽,存在,或它能凝結(jié)成固體的形成,往往稱(chēng)為霜或冰。但與直觀相反, 在零下溫度時(shí)的水也能以第三種熱力狀態(tài)---液體存在。
這零下的液體狀態(tài)是可達(dá)到亞穩(wěn)定狀態(tài), 它具有的能量水平在氣體及固體的能量水平之間。 在此亞穩(wěn)定狀態(tài)的零下水被說(shuō)成是過(guò)冷的。常常把它稱(chēng)為過(guò)冷水、過(guò)冷露或過(guò)冷液體,它們?nèi)竿粬|西,過(guò)冷狀態(tài)的水是一液體,但是在零下的(冰點(diǎn)以下)溫度。在 0 到 40°C 的溫度范圍內(nèi),過(guò)冷現(xiàn)象是十分普遍的。在這些零下的溫度時(shí),都存在過(guò)冷的可能,可按稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)及世界氣象組織(WMO)兩種有差別的方法之一來(lái)計(jì)算相對(duì)濕度(RH)標(biāo)準(zhǔn) RH:數(shù)學(xué)上可把計(jì)算相對(duì)濕度的公式表示成
%RH=e/es*100賽思檢測(cè)設(shè)備本著“專(zhuān)業(yè)、誠(chéng)信、創(chuàng)新"的企業(yè)文化,為客戶(hù)提供zui前位的技術(shù),zui合適的產(chǎn)品以及zui的解決方案,與業(yè)界伙伴共創(chuàng)永續(xù)佳績(jī)的環(huán)境及未來(lái)。
(1)式中 e 是氣體的水汽含量(水汽壓力)es 是在那相同溫度時(shí)氣體的zui大可能水汽含量(飽和汽壓力)如上面公式所表示,為了確定 RH 僅需知道兩件事(即 e 及 es )飽和汽壓力 es 是在氣體的溫度時(shí)zui大可能水汽含量的表示,是一熟知的量。通過(guò)測(cè)量氣體的溫度, 然后用規(guī)定的飽和汽壓力公式計(jì)算相應(yīng)的飽和氣壓, 這樣來(lái)確定飽和汽壓 (力)這些公式把汽壓表示成溫度的函數(shù)。 注意: 有一公式供計(jì)算冰點(diǎn)以上溫度時(shí)水范圍飽和汽壓用;另有一公式則供零下溫度時(shí)計(jì)算冰范圍飽和汽壓用。實(shí)際的水汽含量(或水汽壓力)往往通過(guò)測(cè)量來(lái)確定。一種通用的測(cè)量方法是激冷鏡面測(cè)濕法。通過(guò)由鏡面測(cè)濕法測(cè)量的霜點(diǎn)或露點(diǎn)用如上相同的飽和和汽壓公式求出實(shí)際的汽壓。當(dāng)如此進(jìn)行時(shí),對(duì)各露點(diǎn)的溫度使用水范圍飽和汽壓計(jì)算用的公式,而對(duì)各霜點(diǎn)溫度則需用冰范圍飽和汽壓計(jì)算用的公式。注意:不管從激冷鏡面(露點(diǎn)或霜點(diǎn))得到哪一測(cè)量 ,相應(yīng)的汽壓將是相同的。
現(xiàn)在對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的 RH ,在高于冰點(diǎn)溫度時(shí)在水范圍內(nèi)計(jì)算公式(1)的分母(zui大可能水汽含量)而在所有低于冰點(diǎn)的溫度時(shí)則在冰范圍內(nèi)。在雙一溫度發(fā)生器里,在那里飽和器正在凝結(jié)/升華 向/從冰,這是zui大可能水氣含量的恰當(dāng)表示。
同樣當(dāng)鏡面測(cè)量露點(diǎn)時(shí)在水范圍內(nèi)計(jì)算分子 (實(shí)際水汽含量) 而對(duì)所有霜點(diǎn)測(cè)量則在冰范圍內(nèi)。這樣標(biāo)準(zhǔn) RH 的值在較暖的及零下的溫度都可達(dá)到 100%。標(biāo)準(zhǔn) RH 假設(shè)在零下的溫度時(shí)zui大可能水汽含量是由于在冰范圍的飽和。
WMO RH:WMO RH 的各項(xiàng)計(jì)算及下面的討論僅應(yīng)用于低于冰點(diǎn)的溫度。在大氣中 ,
由于所謂過(guò)冷現(xiàn)象在低于冰點(diǎn)溫度時(shí)把水汽冷凝成液體(而不是冰)事實(shí)上,大多數(shù)激冷鏡面在 0 到 20°C 間的溫度顯示此過(guò)冷狀態(tài)。測(cè)量是不是表示過(guò)冷與飽和或另外把水汽加到氣體內(nèi)所用的任何方式或把水汽從氣體除去的任何方法都*無(wú)關(guān)。 在鏡面上過(guò)冷的凝結(jié) (露點(diǎn)測(cè)量)是*允許的亞穩(wěn)定狀態(tài),正如在鏡面上凝結(jié)成冰(霜點(diǎn)測(cè)量)理應(yīng)是*允許的穩(wěn)定狀態(tài)。不過(guò),過(guò)冷的露將在低于冰的溫度的溫度發(fā)生,并導(dǎo)致相同的水汽含量的測(cè)量 。
因?yàn)檫^(guò)冷現(xiàn)象的確在云及上層大氣中發(fā)生, 約在半個(gè)世紀(jì)前便由世界氣象組織 (WMO )決定用在水范圍內(nèi)而不是冰計(jì)算分母(或zui大可能水汽含量)來(lái)計(jì)算 RH 而與溫度無(wú)關(guān)。
這導(dǎo)致在任何給定溫度時(shí)的zui大可能水汽含量的值高于在相同溫度時(shí)在冰范圍內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。在此決定背后的基礎(chǔ)似乎是要避免在大氣處于過(guò)冷狀態(tài)時(shí) RH 的值偶爾可能超過(guò)100%。在此狀態(tài),把對(duì)過(guò)冷的水飽和的大氣認(rèn)為對(duì)冰過(guò)冷飽和的。用 WMO 法計(jì)算的 100%RH 實(shí)際將大于 100%,如果按標(biāo)準(zhǔn) RH 計(jì)算的話(huà)。同樣重要的是要注意,用此兩種方法計(jì)算的實(shí)際水汽含量是等同的。 只有zui大可能水汽含量不同, 它視大氣是不是在過(guò)冷的亞穩(wěn)定狀態(tài)而定。
標(biāo)準(zhǔn)與 WMO 的兩種計(jì)算比較:已知相同的實(shí)際水汽含量(e)及相同的溫度,標(biāo)準(zhǔn)及WMO 兩種 RH 計(jì)算方法將產(chǎn)生不同的數(shù)值結(jié)果。下面兩表說(shuō)明在各種溫度時(shí)的差異,首先在 100% RH WMO 時(shí),然后在 100% RH 標(biāo)準(zhǔn)時(shí):
又,WMO 及標(biāo)準(zhǔn)兩種方法的*差別是對(duì)水還是對(duì)冰的計(jì)算 RH 公式的分母。在標(biāo)準(zhǔn)方法中,假設(shè)超過(guò)zui大可能的水汽將以冰的形式凝結(jié)出來(lái),而在 WMO 的方法中,假設(shè)能夠把水汽對(duì)冰的飽和,而且超過(guò)對(duì)過(guò)冷的水zui大可能的任何水汽將以過(guò)冷的露的形式凝結(jié)出來(lái) 。
還要注意,在 100% RH WM0 的情況下,有顯著的對(duì)冰過(guò)飽和量。如果冰的確在某處開(kāi)始形成,其作用將使那區(qū)域發(fā)生顯著的結(jié)冰數(shù)量,因?yàn)闅怏w為圖把它的實(shí)際水汽含量減至100% RH 標(biāo)準(zhǔn)。
就取上表 -40°C,100% RH WMO 這情況。因?yàn)?RH 標(biāo)準(zhǔn)是 148%,如果結(jié)冰的確在某處開(kāi)始發(fā)生,為了使實(shí)際水汽含量朝 67% RH WMO 或 100% RH 標(biāo)準(zhǔn)下降,過(guò)多的 48%將力圖凝結(jié)成外加的冰構(gòu)造。
濕度的生成:當(dāng)由充有冰的飽和器或凝結(jié)成冰的飽和器生成 RH 時(shí),如果氣體在離開(kāi)飽和器后不再進(jìn)行冷卻,則在飽和溫度時(shí)可得到的zui大可能水汽含量是對(duì)冰的。并且,在用此法飽和到 100% RH 的氣流中在任何它的溫度即使稍暖于飽和溫度(當(dāng)把氣體飽和到 100%RH 時(shí)也等于所測(cè)的霜點(diǎn)溫度)的物體上凝結(jié)不應(yīng)發(fā)生。
下面的圖說(shuō)明zui大可得到的 RH ,假設(shè)用冰飽和器應(yīng)用雙一溫度技術(shù)生成濕度,并不再冷卻氣體。
用冰飽和器可達(dá)到的zui大 RH如果能以這樣的方式,即可對(duì)過(guò)冷的水(對(duì)冰過(guò)飽和)提供*的飽和,不使冰或霜形形成,生成濕度,于是下圖說(shuō)明可達(dá)到的zui大 RH。注意:任何冰的形成將力圖把zui大限制到100% RH 標(biāo)準(zhǔn)的等值。
在過(guò)冷的情況下可達(dá)到的zui大 RH賽思檢測(cè)設(shè)備本著“專(zhuān)業(yè)、誠(chéng)信、創(chuàng)新"的企業(yè)文化,為客戶(hù)提供zui的技術(shù),zui合適的產(chǎn)品以及zui的解決方案,與業(yè)界伙伴共創(chuàng)永續(xù)佳績(jī)的環(huán)境及未來(lái)。
注意:在上面各個(gè)圖中 RH 標(biāo)準(zhǔn)及 RH WMO 都表示在給定溫度時(shí)氣體中的相同水汽含量。
兩個(gè) RH 值彼此不同值的*原因是方程的分母(zui大可能水汽含量)不同。