空气湿球温度分析与研究1.docVIP

空气湿球温度分析和研究 吴喜平 　　摘　要　对陆地、土壤结构、土壤湿度、植被、海洋的水蒸发特性、大气湍流等影响空气含湿量的变化规律，进行了分析研究。最终得出大气湿球温度的简化计算方法。　　关键词　湿球温度　空气的含湿量　蒸发速度 Study and Analysis on Airs Wet-bulb Temperature Wu Xiping 　　The evaporation of the water in nature and the change of airs humidity ratio in a day have been studied,also the change law of the airs wet-bulb temperature and the simple formula for its calculating have been deduced.　　Keywords:entyalpy,humidity ratio,dry-bulb temperature wet-bulb temparature 1　问题的提出 　　同济大学和清华大学等合编的《空气调节》教科书，无论第一版还是第三版都引用“气温日变化曲线”图(图1)。从图1中可以看出，从上午10:00到下午2:00空气的湿球温度是降低的，并一直延伸至下午8:00。我们都知道这样两点事实： 图1　气温日变化曲线 　　(1)在人类生存的大气环境内，空气的焓是空气的湿球温度的单值函数，据日本资料介绍，它可表示为： I=4.19(0.1688tm2+0.1541tm+3.862)　　　　　　　　　　　　　　　　(kJ/kg)　(1) 即空气的湿球温度tm愈高，空气的焓I值愈大；　　(2)空气的焓又有它的定义形式： I=1.01t+d(2500+1.84t)　　(kJ/kg)　(2) 式中　t——空气的干球温度，℃　　　d——空气的含湿量，g/kg　　从上午10:00到下午2:00，太阳辐射强度逐渐增大，空气温度逐渐升高，地面上的水蒸发加快，直观理解空气的焓应当增加。但是在这一段时间内图1曲线中反映出的湿球温度是减小的，即焓值是降低的，由此可提出下列两个问题：(1)上述空气湿球温度日变化是否有一定的普遍性；(2)上述空气湿球温度变化如有普遍性，又如何来解释空气的焓在这段时间内下降的事实?　　从式(2)可知，只要能说明空气的含湿量在这段时间内逐渐减小(空气的含湿量比空气的干球温度对焓影响大)，即可推论出空气的湿球温度在这段时间内是降低的。 2　水的蒸发 　　自然界中的水源很多，如开阔的水域、冰面、雪面及潮湿的土壤植被等。自然蒸发又相当复杂，其快慢不仅受气象因素的影响，而且还有地理环境的制约。近来人们通过大量研究发现，影响自然蒸发的主要因素是气压、饱和差和风速。气压高、空气湿度大蒸发速度慢。风速大可使蒸发加快。此外，水温、水质和水域大小等对蒸发快慢也有一定的影响。　　蒸发速度和饱和差(P饱-P)成正比，此外P饱应由蒸发面的温度算出，但通常以气温下的饱和水汽压来代替。如果水面上空气的水汽压P小于该温度下的最大水汽压P饱，水的分子将蒸发成水蒸气进入大气中。饱和差愈大，水蒸发速度也就愈快。相反，饱和差愈小，则蒸发速度也就愈慢。风力对蒸发的影响很大，因为自然蒸发不是在静止的空气内，而是发生在风速变化很大的大气中。大气中水蒸气水平扩散和垂直扩散时对水蒸发起着决定性作用。风或湍流将蒸发面上的潮湿空气带走，取而代之的是另一种较干的新空气，在这种情况下，蒸发速度取决于空气速度湍流强度及所补充的新空气的饱和差。这些因素对水蒸发的影响是相当复杂的，但为方便起见，人们常把蒸发归纳为饱和差和风速的某一函数的乘积： W=(P饱-P)f(V)　(3) 　　需要说明的是如果风吹过的是一个很大的水域，风速的变化对蒸发的影响就不十分重要了。例如，在北非撒哈拉大沙漠中形成的风，流经北非海岸时很干燥，它的大小对水蒸发的影响很大；但在横跨地中海时，其性质改变了，变得温和而潮湿，这时风速的大小对蒸发的影响很小甚至没有什么影响。　　大气湍流强度随风速增大而增大。强烈的湍流交换可以使空气搅拌均匀，减少垂直湿度梯度，从而使蒸发变缓。但是在水源充足，热量足够多的热带或副热带，蒸发主要决定于水汽向上层大气的湍流输送速度，因而湍流加大，蒸发速度也随之增加。　　除了上述一些因素外，影响大陆上水的蒸发还有土壤的结构、湿度、植被特性，海洋上的水蒸发还有海水中的盐分等。 3　空气含湿量日变化 　　从上午9：00至下午2：00左右，空气的干湿温度逐渐升高，但在这段时间内，空气含湿量的变化是空气焓值变化影响的主要因素。在通常情况下，空气含湿量增加，空气的焓也随之变大，反之空气的焓值随之降低。图2和图3分