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输入计算

数学公式

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结果

空气密度
1.1988
kg/m³
温度 293.15 K
水蒸气分压(Pv) 1,169.05 Pa
干空气分压(Pd) 100,155.95 Pa

功能简介

本计算器采用比气体常数法计算湿空气的密度。它不把空气当作单一气体处理,而是将总压力分解为干空气分压和水蒸气分压,再分别计算两者对总密度的贡献并相加。相比简单的干空气公式,这种方法的结果更加精确,尤其是在高温、高湿的环境下更为明显。

温度、气压和相对湿度三个输入旋钮,输入到空气密度输出。
温度、气压和湿度共同决定空气密度。

使用方法

输入空气温度(摄氏度)、当地气压(百帕,hPa,与毫巴 mbar 数值相同)以及相对湿度(百分比)。计算器会给出以千克每立方米(kg/m³)为单位的空气密度,并同时显示绝对温度、水蒸气分压和干空气分压。

公式详解

空气密度的计算公式为 $$\rho = \frac{P_d}{R_d\,T} + \frac{P_v}{R_v\,T}$$ 其中 \(R_d = 287.058\ \text{J/(kg}\cdot\text{K)}\) 是干空气的比气体常数,\(R_v = 461.495\ \text{J/(kg}\cdot\text{K)}\) 是水蒸气的比气体常数,\(T\) 为开尔文温度(\(T = t\,^\circ\text{C} + 273.15\))。水蒸气分压 \(P_v\) 由饱和水蒸气压 \(P_{sat}\)(用 Tetens 公式计算)乘以相对湿度的小数比例得到。干空气分压 \(P_d\) 则等于总压力减去 \(P_v\)。

示意图显示总气压分为干空气分压和水蒸气分压,二者各自对总空气密度作出贡献。
湿空气密度是干空气和水蒸气分压贡献之和。

实例演算

以 30 °C、1013.25 hPa、相对湿度 50% 为例:\(T = 303.15\ \text{K}\)。 $$P_{sat} = 6.1078 \times 10^{\frac{7.5\cdot 30}{267.3}} \approx 42.43\ \text{hPa}$$ 所以 \(P_v = 0.5 \times 42.43 \times 100 \approx 2121.3\ \text{Pa}\)。\(P_d = 101325 - 2121.3 \approx 99203.7\ \text{Pa}\)。于是 $$\rho = \frac{99203.7}{287.058\cdot 303.15} + \frac{2121.3}{461.495\cdot 303.15} \approx 1.1409 + 0.01516 \approx 1.156\ \text{kg/m}^3$$

常见问题

为什么要考虑湿度?水蒸气的密度比干空气小,因此在相同温度和压力下,湿空气会比干空气略轻一些。

气压用什么单位?请以百帕(hPa)输入气压;\(1\ \text{hPa} = 1\ \text{mbar} = 100\ \text{Pa}\)。标准海平面气压为 1013.25 hPa。

采用了哪个饱和水蒸气压公式?本计算器使用 Tetens 公式,这是一种应用广泛的近似公式,在常见的大气温度范围内误差通常不超过百分之几分之一。

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