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恒溫恒濕培養箱的濕熱原理是通過電加熱水，使水槽內產生蒸汽，蒸汽通過噴霧管進入濕熱箱，對箱內空氣進行加濕。蒸汽加濕如用電熱加濕，分為開啟式及密閉式。開啟式響應性較慢，常有滯后現象，故濕度波動較大，但結構簡單可靠。 

恒溫恒濕培養箱的空氣與水之間的濕熱交換取決于邊界層與其上方空氣之間的溫差，而濕交換及由此而引起的潛熱交換取決于二者之間水蒸汽分子的濃度差或分壓力差。空氣經過敞開的水面時，與水表面發生熱濕交換。按其水溫不同，可能僅發生顯熱交換;也可能既有顯熱交換，又能濕交換，同時還有潛熱交換。顯熱交換是空氣與水之間存在溫差，因導熱、對流和輻射作用而換熱，而潛熱交換是空氣中的水蒸汽蒸發（或凝結）而吸收（或放出）汽化潛熱的結果。總熱交換量為顯熱交換量與潛熱交換量的代數和。

恒溫恒濕培養箱空氣與水面直接接觸時，在貼近水面上，由于水分子作不規則運動的結果，形成了一個溫度等于水面溫度的飽和空氣邊界層，且其水蒸汽分子的濃度或水汽分壓力取決于邊界層的飽和空氣溫度。