Перейти к содержимому
(495) 984-74-92
(495) 226-51-87
info@xiron.ru
Telegram - MAX

Физические свойства сухого воздуха

Физические свойства сухого воздуха при 20 °C и атмосферном давлении: плотность 1,205 кг/м³, удельная теплоёмкость 1,005 кДж/(кг·К), теплопроводность 0,0259 Вт/(м·К), кинематическая вязкость 15,1·10⁻⁶ м²/с. Ниже — подробное описание свойств и таблица их зависимости от температуры.

Физические свойства сухого воздуха играют ключевую роль во многих областях науки и техники, включая метеорологию, авиацию, HVAC (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха), а также в различных инженерных расчетах. Вот основные физические свойства сухого воздуха при стандартных условиях (температура 0 °C и давление 101,325 кПа):

Плотность

Плотность сухого воздуха при стандартных условиях составляет около 1,29 кг/м³. Плотность изменяется в зависимости от температуры и давления, уменьшаясь при повышении температуры и увеличиваясь при повышении давления.

Плотность при другой температуре и давлении считают по уравнению состояния идеального газа:

ρ = p / (R · T)

  • ρ — плотность, кг/м³;
  • p — абсолютное давление, Па;
  • R = 287 Дж/(кг·K) — газовая постоянная воздуха;
  • T — абсолютная температура, K.

Пример: при 101 325 Па и 20 °C (293,15 K) плотность равна 101 325 / (287 · 293,15) ≈ 1,204 кг/м³. На каждые 10 K нагрева плотность падает примерно на 3,5 %, поэтому летом вентиляторы конденсаторов перекачивают меньше массы воздуха при том же объёмном расходе.

Теплопроводность

Теплопроводность сухого воздуха при 0 °C составляет около 0,024 Вт/(м·К). Это значение меняется в зависимости от температуры, но для большинства практических расчетов изменение невелико.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость при постоянном давлении (Cp) для сухого воздуха составляет около 1005 Дж/(кг·К), а при постоянном объеме (Cv) — около 717 Дж/(кг·К).

Вязкость

Динамическая вязкость сухого воздуха при 0 °C составляет около 1,72·10⁻⁵ Па·с (Паскаль-секунд). Кинематическая вязкость составляет около 1,33·10⁻⁵ м²/с.

Скорость звука

Скорость звука в сухом воздухе при 0 °C и стандартном атмосферном давлении составляет около 331 м/с. Скорость звука увеличивается с повышением температуры.

Проницаемость

Проницаемость сухого воздуха для водяных паров составляет около 2,8·10⁻¹¹ кг/(м·с·Па) при 0 °C.

Эти свойства сухого воздуха используются в различных инженерных расчетах, включая расчеты эффективности отопительных, вентиляционных и кондиционирующих систем, аэродинамические расчеты в авиации и астрономии, а также в метеорологии для прогнозирования погоды и анализа климата.

Физические свойства сухого воздуха при p = 760 мм рт. ст. ≈ 1,01·105 Па (от −50 до 1100 °C)
t, °Cρ, кг/м³cp, кДж/(кг·°C)λ·102, Вт/(м·°C)a·106, м²/сμ·106, Па·сν·106, м²/сPr
−501,5841,0132,0412,714,69,230,728
−401,5151,0132,1213,815,210,040,728
−301,4531,0132,2014,915,710,800,723
−201,3951,0092,2816,216,211,610,716
−101,3421,0092,3617,416,712,430,712
01,2931,0052,4418,817,213,280,707
101,2471,0052,5120,017,614,160,705
201,2051,0052,5921,418,115,060,703
301,1651,0052,6722,918,616,000,701
401,1281,0052,7624,319,116,960,699
501,0931,0052,8325,719,617,950,698
601,0601,0052,9027,220,118,970,696
701,0291,0092,9628,620,620,020,694
801,0001,0093,0530,221,121,090,692
900,9721,0093,1331,921,522,100,690
1000,9461,0093,2133,621,923,130,688
1200,8981,0093,3436,822,825,450,686
1400,8541,0133,4940,323,727,800,684
1600,8151,0173,6443,924,530,090,682
1800,7791,0223,7847,525,332,490,681
2000,7461,0263,9351,426,034,850,680
2500,6741,0384,2761,027,440,610,677
3000,6151,0474,6071,629,748,330,674
3500,5661,0594,9181,931,455,460,676
4000,5241,0685,2193,133,063,090,678
5000,4561,0935,74115,336,279,380,687
6000,4041,1146,22138,339,196,890,699
7000,3621,1356,71163,441,8115,40,706
8000,3291,1567,18188,844,3134,80,713
9000,3011,1727,63216,246,7155,10,717
10000,2771,1858,07245,949,0177,10,719
11000,2571,1978,50276,251,2199,30,722

ρ — плотность, cp — удельная теплоёмкость, λ — теплопроводность, a — температуропроводность, μ и ν — динамическая и кинематическая вязкость, Pr — число Прандтля.

Свойства сухого воздуха в зависимости от температуры

Сухой воздух при давлении 101,3 кПа
t, °CПлотность, кг/м³Тепло­провод­ность, Вт/(м·К)ν, 10⁻⁶ м²/с
−201,3950,022811,61
01,2930,024413,28
201,2050,025915,06
401,1280,027616,96
601,0600,029018,97
1000,9460,032123,13

Удельная теплоёмкость сухого воздуха в этом диапазоне почти постоянна: 1,005–1,009 кДж/(кг·К). Свойства влажного воздуха — в статье абсолютная и относительная влажность.

Теплоемкость воздуха: таблица и расчёт

Теплоемкость воздуха при постоянном давлении cp — 1,005 кДж/(кг·К) при 0–40 °C; именно её используют в расчётах вентиляции, кондиционирования и воздушного охлаждения. Теплоёмкость при постоянном объёме cv меньше на газовую постоянную воздуха: cv = cp − R = 1,005 − 0,287 = 0,718 кДж/(кг·К), их отношение k = 1,4 — показатель адиабаты.

Теплоемкость воздуха при постоянном давлении от температуры
t, °Ccp, кДж/(кг·К)Объёмная cp·ρ, кДж/(м³·К)
−201,0051,402
01,0051,299
201,0051,211
401,0051,134
1001,0090,953
2001,0260,765
3001,0470,644

Теплоемкость воздуха при 20 градусах

Теплоемкость воздуха при 20 градусах и атмосферном давлении — 1,005 кДж/(кг·К), или 1,21 кДж/(м³·К) на кубометр. В вентиляции удобнее последняя: на нагрев 1 м³/ч воздуха на 1 °C нужно 1,21 / 3,6 ≈ 0,336 Вт. Отсюда инженерная формула Q = 0,336 · L · Δt, где Q — мощность, Вт, L — расход воздуха, м³/ч, Δt — разница температур, °C. Формула учитывает только явное тепло: если воздух при охлаждении осушается, к ней добавляют тепло конденсации влаги, которое считают по энтальпии влажного воздуха.

Мощность на нагрев или охлаждение воздуха

Q = L / 3600 · ρ · cp · Δt; ρ = 101 325 / (287 · T) при температуре на входе, cp = 1,005 кДж/(кг·К). Только явное тепло сухого воздуха.

Вязкость воздуха от температуры

Вязкость воздуха, в отличие от вязкости жидкостей, с ростом температуры растёт: молекулы газа движутся быстрее и сильнее переносят импульс между слоями. Динамическая вязкость μ нужна для расчёта сопротивления воздуховодов и теплообменников, кинематическая ν = μ / ρ — для числа Рейнольдса.

Вязкость сухого воздуха при атмосферном давлении
t, °Cμ, 10⁻⁶ Па·сν, 10⁻⁶ м²/с
−2016,211,79
017,213,28
2018,115,06
4019,116,96
6020,118,97
10021,923,13

Плотность воздуха от температуры меняется обратно пропорционально абсолютной температуре: от −20 до +40 °C она падает с 1,395 до 1,128 кг/м³, почти на 20 %. Поэтому вентилятор, подобранный по объёмному расходу, зимой перемещает больше массы воздуха, чем летом, и воздушный конденсатор в жару работает хуже не только из-за высокой температуры, но и из-за меньшей плотности воздуха.

Частые вопросы

Какая кинематическая вязкость воздуха?

При 20 °C — около 15,1·10⁻⁶ м²/с, при 0 °C — 13,3·10⁻⁶ м²/с. С ростом температуры кинематическая вязкость воздуха растёт.

Какая теплоёмкость сухого воздуха?

Около 1,005 кДж/(кг·К) при постоянном давлении в диапазоне от −20 до +60 °C.

Какая плотность сухого воздуха?

1,293 кг/м³ при 0 °C и 1,205 кг/м³ при 20 °C при атмосферном давлении.

Какая теплоемкость воздуха при 20 градусах?

При постоянном давлении — 1,005 кДж/(кг·К), при постоянном объёме — 0,718 кДж/(кг·К). На кубометр это 1,21 кДж/(м³·К): чтобы нагреть 1 м³ воздуха на 1 °C, нужно 1,21 кДж.

Читайте также

Добавить комментарий
Защитный код