Vochtgehaltecalculator: Waterdamp-Massafractie in Vochtige Lucht
Bij het modelleren van HVAC-systemen, condensatie, droogprocessen of andere toepassingen met vochtige lucht vereisen de meeste CFD-solvers dat het waterdampgehalte wordt opgegeven als massafractie. Deze pagina legt het verband uit tussen relatieve vochtigheid, specifieke vochtigheid en massafractie, biedt een verzadigingsdruktabel en bevat een calculator die temperatuur, relatieve vochtigheid en druk omzet naar de massafracties van H2O, O2 en N2.
Specifieke vochtigheid (vochtverhouding)
Specifieke vochtigheid (ook wel de vochtverhouding genoemd) is de massa waterdamp per eenheid massa droge lucht. Het is een absolute maat voor het vochtgehalte, onafhankelijk van temperatuur of druk. Wiskundig:
$$\omega = \frac{m_v}{m_a} \quad \left(\text{kg waterdamp per kg droge lucht}\right)$$
waarbij \(m_v\) de massa waterdamp is en \(m_a\) de massa droge lucht. In termen van partiële drukken kan dezelfde grootheid worden uitgedrukt als:
$$\omega = \frac{0.622 \, P_v}{P - P_v}$$
Hierbij is \(P_v\) de partiële druk van waterdamp en \(P\) de totale (atmosferische) druk. De constante 0,622 is de verhouding van de molaire massa van water (18,015 g/mol) tot de effectieve molaire massa van droge lucht (28,964 g/mol).
Relatieve vochtigheid
Terwijl specifieke vochtigheid een absolute maat geeft, drukt relatieve vochtigheid (\(\phi\)) uit hoe dicht de lucht bij verzadiging is bij de huidige temperatuur:
$$\phi = \frac{P_v}{P_g}$$
waarbij \(P_g\) de verzadigingsdruk van water bij de gegeven temperatuur is. Relatieve vochtigheid varieert van 0 % (volledig droog) tot 100 % (verzadigd). Omdat warme lucht meer vocht kan bevatten dan koude lucht, komt dezelfde specifieke vochtigheid overeen met een lagere relatieve vochtigheid bij hogere temperaturen. De verzadigingsdruk \(P_g\) voor temperaturen tussen 0 °C en 100 °C is te vinden in Tabel 1 hieronder.
Berekening van de waterdamp-massafractie
Om de massafracties te bepalen die nodig zijn voor een CFD-simulatie, wordt eerst de partiële druk van waterdamp berekend op basis van de bekende relatieve vochtigheid en verzadigingsdruk:
$$P_v = \phi \times P_g$$
De specifieke vochtigheid volgt vervolgens uit de hierboven gegeven formule voor \(\omega\). Ten slotte zijn de massafracties van de drie componenten in vereenvoudigde vochtige lucht:
$$\text{mf}_{H_2O} = \frac{\omega}{1 + \omega}$$
$$\text{mf}_{O_2} = (1 - \text{mf}_{H_2O}) \times 0.23$$
$$\text{mf}_{N_2} = (1 - \text{mf}_{H_2O}) \times 0.77$$
Uitgewerkt voorbeeld
Beschouw een ruimte bij 25 °C, 65 % relatieve vochtigheid en 101 325 Pa totale druk. Uit Tabel 1 is de verzadigingsdruk bij 25 °C \(P_g\) = 3,1697 kPa. De partiële druk van waterdamp wordt dan:
$$P_v = 0.65 \times 3.1697 = 2.060 \; \text{kPa}$$
De specifieke vochtigheid is vervolgens:
$$\omega = \frac{0.622 \times 2.060}{101.325 - 2.060} = 0.01290 \; \text{kg/kg}$$
Met andere woorden, elke kilogram droge lucht bevat 12,9 g waterdamp. De bijbehorende massafractie voor de CFD-invoer is mfH₂O = 0,01274.
Verzadigingsdruk van water (Pg)
| Temperatuur [°C] | Verzadigingsdruk Pg [kPa] |
|---|---|
| 0.00 | 0.6112 |
| 0.01 | 0.6117 |
| 5.00 | 0.8726 |
| 10.00 | 1.2282 |
| 15.00 | 1.7057 |
| 20.00 | 2.3392 |
| 25.00 | 3.1697 |
| 30.00 | 4.2467 |
| 35.00 | 5.6286 |
| 40.00 | 7.3844 |
| 45.00 | 9.5944 |
| 50.00 | 12.351 |
| 55.00 | 15.761 |
| 60.00 | 19.946 |
| 65.00 | 25.041 |
| 70.00 | 31.201 |
| 75.00 | 38.595 |
| 80.00 | 47.415 |
| 85.00 | 57.867 |
| 90.00 | 70.182 |
| 95.00 | 84.609 |
| 100.00 | 101.42 |
Vochtgehaltecalculator
Bereken de massafracties van H2O, O2 en N2 in vochtige lucht voor een gegeven temperatuur en relatieve vochtigheid. De berekening is geldig voor temperaturen tussen 0 en 100 °C.
Invoer
Resultaat
Disclaimer: De tools, calculators en formules op deze website zijn uitsluitend bedoeld voor educatieve en informatieve doeleinden. Hoewel wij streven naar nauwkeurigheid, kunnen wij niet garanderen dat de resultaten van toepassing zijn op uw specifieke omstandigheden. Gebruikers worden aangemoedigd om resultaten onafhankelijk te verifiëren en indien nodig een gekwalificeerde professional te raadplegen. Door het gebruik van deze tools erkent u dat het gebruik van informatie verkregen via deze site op eigen risico is.
Voor projecten met complex vochttransport, condensatiemodellering of multi-zone HVAC-simulaties kan ons CFD-team de volledige analyse opzetten en uitvoeren. Het thermisch comfort in de verblijfszone kan vervolgens worden beoordeeld met de PMV- en PPD-methode. Meer info over de grondbeginselen vindt u in onze opleiding Inleiding tot Computational Fluid Dynamics.
Veelgestelde vragen
Veelgestelde vragen over vochtigheid en vochtgehalte in lucht.