恒温恒湿培养箱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。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而吸收汽化潜热的结果。恒温恒湿培养箱总热交换量为显热交换量与潜热交换量的代数和。

如恒温恒湿培养箱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，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。湿原理通过电加热水，使水槽内产生蒸汽，蒸汽通过喷雾管进入恒温恒湿培养箱，对恒温恒湿培养箱箱内空气进行加湿。从蒸汽锅炉内出来的高于大气压的蒸汽进行减压后喷入恒温恒湿培养箱中进行加湿。

恒温恒湿培养箱中气流通过箱内的浅水盘表面，此温度等于水面温度的饱和空气边界区进行湿热交换。当边界区内蒸汽分子浓度大于流过的气流的水蒸汽分子浓度，则为加湿，反之则为降湿。

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