湿度试验箱的几种加湿方法的比较

1、蒸汽加湿法:利用气候试验箱外的热源，如电热管、电极对水槽内的水进行加热而产生蒸汽，然后蒸汽进入气候箱中，使箱内的空气加湿。
箱中的湿空气在未加湿前焓值为
i=1.005t+d(2500+1.84t) (1)

式中:i —— 为1kg干空气的湿空气的焓(kJ/kg干空气)
t —— 湿空气的温度(℃)
d —— 湿空气的含湿量(kg/kg干空气)
1.005 —— 空气的定压比热(kJ/kg.℃)
2500 —— 0℃时水的气化潜热(kJ/kg)
1.84 —— 水蒸汽的定压比热(kJ/kg.℃)
蒸汽进入箱中后，显然，箱内湿空气的含湿量d和焓i都将增加。将i看作d的函数则

由(1)△i=△d(2500+1.84t)

则 (2)

ε称为热湿比，表示湿空气状态变化的方向和特徵。如蒸汽喷入箱内前，箱内湿空气的温度为40℃，则其等温的热湿比方向线即斜率为ε=2500+1.84×40=2574。如果喷入箱内的蒸汽温度为100℃，则ε′=2500+1.84×100=2684。由于ε′与ε相差只有4.3%，所以，可以认为与40℃时的等温线近似平行，故蒸汽加湿方式基本上为等温加湿过程。一般不会引起箱内温度升高。
但是，在湿热箱低温高湿情况下，由于加入的蒸汽与空气未充分混合，或与箱壁接触而出现局部冷凝，则不仅使加入的蒸汽量减少，而且还放出热量使箱内湿空气温度上升;加上前述的ε′＞ε，所以并非等温的加湿过程，箱内温度会有所升高。
蒸汽加湿如用电热加湿，分开启式和密闭式。开式响应性较慢，常有滞后现象，故湿度波动较大，但结构简单可靠。闭式蒸汽压力大于大气压，在0.1~0.3MPa之间，无滞后，但需配有减压阀、电磁阀、泄水管等，结构复杂，多用于大型人工气候室中。开式多用于中小型湿热箱中。四达试验仪器厂过去生产的湿热箱用的是开式电加热蒸汽加湿。
2 浅水盘加湿
2.1 空气与水面直接接触的热湿交换原理:
当空气经过敞开的水面时，与水表面发生热湿交换。按其水温不同，可能仅发生显热交换;也可能既有显热交换，又能湿交换，同时还有潜热交换。显热交换是空气与水之间存在温差，因导热、对流和辐射作用而换热，而潜热交换是空气中的水蒸汽蒸发(或凝结)而吸收(或放出)汽化潜热的结果。总热交换量为显热交换量与潜热交换量的代数和。
空气与水面直接接触时，在贴近水面上，由于水分子作不规则运动的结果，形成了一个温度等于水面温度的饱和空气边界层，且其水蒸汽分子的浓度或水汽分压力取决于边界层的饱和空气温度。
如边界层的温度高于其上空气的温度，则由边界层向空气传热;反之则由空气向边界层传热。如边界层内水蒸汽分子浓度大于其上空气的水蒸汽分子浓度(即边界层的水蒸汽分压力大于空气的水蒸汽分压力)，则空气中的水蒸汽分子数将增加;反之则将减少。前者称为“蒸发”，后者称为“冷凝”。在蒸发过程中，边界层中减少了的水汽分子由水面跃出的水分子补充;在冷凝过程中，边界层中过多的水汽分子将回到水面。
由此可见，空气与水之间的显热交换取决于边界层与其上方空气之间的温差，而湿交换及由此而引起的潜热交换取决于二者之间水蒸汽分子的浓度差或分压力差。

当空气与水面dF(m2)上接触时，显热交换量是:dQx=α(tb-t)dF(W)
式中:α —— 空气与水表面的显热换热系数(W/m2.℃)
t —— 水面上空气温度(℃)
tb —— 边界层的空气温度(℃) 可视为等于水温tw。
湿交换量是:dW=β(Pqb-Qq)dF (kg/s)
式中:β——空气与水表面之间按水汽分压力差计算的湿交换系数(kg/N*S)
Pqb——边界层的水汽分压力(Pa)
Pq——水面上空气的水汽分压力(Pa)
dW也可用含湿量差表示，即:
dW=σ(db-d)dF (kg/s)
式中:σ —— 空气与水表面间按含湿量差计算的湿交换系数 (kg/m2.s)
db —— 边界层空气的含湿量(kg/kg干空气)
d —— 水面上空气的含湿量(kg/kg干空气)
潜热交换量:
dQq=r.dW=r σ(db-d)dF(w)
式中:r —— 温度为tb时水的汽化潜热(J/kg)
总热交换量:

dQz=[α(tb-t)+r.σ(db-d)]dF (w) (3)

2.2 空气与水接触时的状态变化过程。
状态为A的空气流经水面时，不同的水温将产生不同的变化过程，热湿比ε的方向会有很大的变化，见表2:

表2 空气与水接触时各种过程的特点

过程线 水温特点 △t(或
△Qx) △d(或
△Qq) △i(或
△Qz) 过程名称 状态变化过程线图
A-1 tw＜tl - - - 减湿冷却
A-2 tw=tl - 0 - 等湿冷却
A-3 t1＜tw＜ts - + - 减焓加湿冷却
A-4 tw=ts - + 0 等焓加湿冷却
A-5 ts＜tw＜tl - + + 增焓加湿
A-6 tw=t 0 + + 等温加湿
A-7 tw＞t + + + 增温加湿
t:干球温度， ts:湿球温度 tl:露点温度 tw:水温 “-”减少 “+”增加 “0”不增不减
由表2，可以看出，不同的水温可对流经水面的空气加湿或减湿，增温或降温等不同的变化。
A-2过程:水温等于露点温度与空气直接接触，由于d=db，所以dW=0，空气的含湿量不变，但由于t＞tb，所以有显热交换，空气向水面传热而温度下降。
A-6过程:水温等于干球温度与空气直接接触，由于t=tb，所以空气的显热量不变，但由于d＜db，空气将被加湿。
此外，A-1为减湿降温，A-7为加湿升温。故在气候试验箱中，可用浅水盘加湿的方式对箱内的空气进行加湿、减湿、升温、降温处理。
浅水盘加湿不仅在湿热箱中常用，而且在霉菌试验箱中(CO2培养箱也有采用)，由于美军标规定“不应直接把新鲜蒸汽喷入试验箱的工作空间，因为这可能给试样和微生物的活性带来有害的影响”，也多采用。
3 水喷雾加湿法
超声波加湿、离心喷雾加湿及水泵喷淋加湿，其加湿的原理是相同的。在各种环境试验设备中，常用于人工气候箱、植物生长箱(室)中。一般，由于水温低于室温，故经过喷淋处理后的空气为降温增湿过程。
如果改变水温，则箱(室)内空气的温湿度变化也将像浅水盘加湿一样，有各种变化。
超声波加湿器、离心喷雾加湿器一般均应直接置于试验箱的工作室内，其周围环境温度不宜超过40℃，湿度不宜超过95%R*H，故不宜在湿热箱中采用，而常用于植物生长箱中。
水泵喷淋的加湿能力大，但加湿效率低，常用于大型植物生长室中。六十年代的湿热箱也有用水泵喷淋加湿的，如重庆试验设备厂生产的CS301型调温调湿箱。