饱和水蒸气压公式
(恒湿机/恒湿净化一体机)
在气象学、环境科学以及众多工程领域中,饱和水蒸气压是一个至关重要的参数。它描述了在一定温度下,空气中所能容纳的水蒸气达到的最大量,即气相中的水汽浓度或密度保持恒定的状态。这种状态被称为饱和,是自然界中常见的物理现象。为了准确计算饱和水蒸气压,科学家们提出了多种公式,每一种都有其特定的适用范围和精度。本文将详细介绍几种常用的饱和水蒸气压公式,并探讨它们在实际应用中的价值和意义。
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A i 和 B i 的值如下表:
过冷水 -50 ℃ ~0 ℃ | 水面上 0 ℃ ~100 ℃ | 冰面上 -100 ℃ ~0 ℃ | |
A1 | 3.62183 × 10 -4 | 3.53624 × 10 -4 | 3.64449 × 10 -4 |
A2 | 2.60553 × 10 -5 | 2.93228 × 10 -5 | 2.93631 × 10 -5 |
A3 | 3.86501 × 10 -7 | 2.61474 × 10 -7 | 4.88635× 10 -7 |
A4 | 3.82449 × 10 -9 | 8.57358 × 10 -9 | 4.36543 × 10 -9 |
B1 | -10.7604 | -10.7588 | -10.7271 |
B2 | 6.39725 × 10 -2 | 6.32529 × 10 -2 | 7.61989 × 10 -2 |
B3 | -2.63416 × 10 -4 | -2.53591 × 10 -4 | -1.74771 × 10 -4 |
B4 | 1.67254 × 10 -6 | 6.33784 × 10 -7 | 2.46721 × 10 -6 |
首先,我们不得不提到克拉柏龙-克劳修斯方程。这是一个基于理论概念的方程,它揭示了物质相平衡的关系,将饱和蒸汽压随温度的变化、容积的变化和过程的热效应三者紧密联系起来。方程中的各个参数,如温度T、温差dT、汽化潜热L、饱和蒸汽的比容ν以及液体的比容ν^-,共同决定了饱和蒸汽压e的大小。这一方程不仅适用于水的汽化过程,同样适用于冰的升华过程,只需将汽化潜热替换为升华潜热即可。克拉柏龙-克劳修斯方程在理论研究中具有重要意义,它为我们理解饱和蒸汽压的物理本质提供了有力工具。
T 的单位为 K :温度范围 t : 0℃ ~100℃ 系数 g 值列表如下
g 0 | g 1 | g 2 | g 3 | g 4 | g 5 | g 6 | g 7 |
-2836.5744 | -6028.076559 | 19.54263612 | -0.0273783**88 | 1.6261698 × 10 -5 | 7.0229056 × 10 -10 | -1.8680009 × 10 -13 | 2.7150 |
然而,在实际应用中,由于气体分子本身具有体积,且分子间存在吸引力,因此理想气体状态方程往往无法准确描述实际蒸汽的行为。为此,卡末林-昂尼斯提出了考虑分子间相互作用力的气体状态方程。该方程通过引入维里系数来修正理想气体状态方程,从而更准确地描述实际蒸汽的性质。其中,第二和第三维里系数在实验测定中具有重要意义,它们可以通过实验数据计算得出,并用于预测不同温度下的饱和蒸汽压。尽管在大多数情况下,第四维里系数的影响可以忽略不计,但在恶劣条件下,它仍然可能对结果产生显著影响。
T 的单位为 K :温度范围 t : -100 ℃ ~0 ℃ 系数 k 值列表如下
k 0 | k 1 | k 2 | k 3 | k 4 | k 5 |
-5886.6426 | 22.32870244 | 0.0139387**003 | -3.4262402 × 10 -5 | 2.7040955 × 10 -8 | -0.67063522 |
接下来,我们介绍的是Goff-Grattch饱和水汽压公式。自1947年起,该公式就被世界气象组织推荐为计算饱和水汽压的标准公式。它包括了两个子公式,分别用于描述液-汽平衡和固-汽平衡下的饱和水汽压。这两个公式在广泛的温度范围内都表现出很高的准确性,因此被广泛应用于气象预报、环境监测和工程计算等领域。Goff-Grattch公式的成功之处在于它综合考虑了多种因素,包括温度、压力和水汽的相变特性等,从而实现了对饱和水汽压的精确描述。
c 和 d 系数列表值:
c 0 | c 1 | c 2 | c 3 | d 0 | d 1 | d 2 | d 3 |
207.98233 | -20.156028 | 0.46778925 | -9.2288067 × 10 -6 | 1 | -0.13319669 | 5.6577518 × 10 -3 | -7.5172865 × 10 -5 |
除了Goff-Grattch公式外,Wexler-Greenspan水汽压公式也是另一种常用的计算饱和水汽压的方法。该公式基于克拉柏龙-克劳修斯方程和卡末林-昂尼斯方程,结合了实验数据进行了修正,从而得到了适用于0~100℃范围内水面上的饱和水汽压计算公式。该公式的计算值与实验值基本符合,具有较高的准确性和实用性。此外,Wexler和Greenspan还根据冰面上的饱和水汽压试验数据,导出了类似的计算公式,为冰面上的饱和水汽压计算提供了有力支持。
c 和 d 系数列表值:
c 0 | c 1 | c 2 | d 0 | d 1 | d 2 | d 3 |
212.57969 | -10.264612 | 0.14354796 | 1 | -8.2871619 × 10 -2 | 2.3540411 × 10 -3 | -2.436395 × 10 -5 |
在实际应用中,为了满足不同领域的需求,科学家们还提出了一系列简化公式。这些简化公式在保证一定精度的前提下,降低了计算的复杂性,从而更便于在实际工程中使用。例如,对于水面和冰面上的饱和水汽压,都有相应的简化公式可供选择。这些简化公式在大多数情况下都能提供足够准确的计算结果,因此在工程实践中得到了广泛应用。
Ai 和 Bi 的值如下表:
系数 | 过冷水 -50 ℃ ~0 ℃ | 水面上 0 ℃ ~100 ℃ | 冰面上 -100 ℃ ~-50 ℃ | 冰面上 -50 ℃ ~0 ℃ |
A1 | 3.62183 × 10 -4 | 3.53624 × 10 -4 | 9.8830022 × 10 -4 | 3.61345 × 10 -4 |
A2 | 2.6061244 × 10 -5 | 2.9328363 × 10 -5 | 5.7429701 × 10 -5 | 2.9471685 × 10 -5 |
A3 | 3.8667770 × 10 -7 | 2.6168979 × 10 -7 | 8.9023096× 10 -7 | 5.2191167 × 10 -7 |
A4 | 3.82449 × 10 -9 | 8.5813609 × 10 -9 | 6.2038841 × 10 -9 | 5.0194210 × 10 -9 |
B1 | -10.7604 | -10.7588 | -10.415113 | -10.7401 |
B2 | 6.3987441 × 10 -2 | 6.3268134 × 10 -2 | 9.1177156 × 10 -2 | 7.3698447 × 10 -2 |
B3 | -2.6351566 × 10 -4 | -2.5368934 × 10 -4 | 5.1128274 × 10 -5 | -2.6890021 × 10 -4 |
B4 | 1.6725084 × 10 -6 | 6.3405286 × 10 -7 | 3.5499292 × 10 -6 | 1.5395086 × 10 -6 |
最后,我们介绍一下Michell Instruments Ltd在程序中使用的饱和水汽压计算公式。Michell公司提供了一组简化和复杂的公式供用户选择。简化公式适用于对精度要求不高的场合,而复杂公式则提供了更高的计算精度。这两组公式都给出了不确定度和置信空间等信息,方便用户在实际应用中进行选择和评估。
综上所述,饱和水蒸气压的计算涉及到多种公式和方法,每一种都有其特定的适用范围和精度要求。在实际应用中,我们需要根据具体需求和条件选择合适的公式进行计算。同时,随着科学技术的不断进步和实验数据的不断积累,我们有望在未来得到更加准确和实用的饱和水汽压计算公式。这些公式将为我们更好地理解自然界中的物理现象、推动科学技术的发展提供有力支持。
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