Давление воздуха при различных температурах таблица

Физические свойства воздуха: плотность, вязкость, удельная теплоемкость

Рассмотрены основные физические свойства воздуха: плотность воздуха, его динамическая и кинематическая вязкость, удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля и энтропия. Свойства воздуха даны в таблицах в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении.

Плотность воздуха в зависимости от температуры

Представлена подробная таблица значений плотности воздуха в сухом состоянии при различных температурах и нормальном атмосферном давлении. Чему равна плотность воздуха? Аналитически определить плотность воздуха можно, если разделить его массу на объем, который он занимает при заданных условиях (давление, температура и влажность). Также можно вычислить его плотность по формуле уравнения состояния идеального газа. Для этого необходимо знать абсолютное давление и температуру воздуха, а также его газовую постоянную и молярный объем. Это уравнение позволяет вычислить плотность воздуха в сухом состоянии.

На практике, чтобы узнать какова плотность воздуха при различных температурах, удобно воспользоваться готовыми таблицами. Например, приведенной таблицей значений плотности атмосферного воздуха в зависимости от его температуры. Плотность воздуха в таблице выражена в килограммах на кубический метр и дана в интервале температуры от минус 50 до 1200 градусов Цельсия при нормальном атмосферном давлении (101325 Па).

При 25°С воздух имеет плотность 1,185 кг/м 3 . При нагревании плотность воздуха снижается — воздух расширяется (его удельный объем увеличивается). С ростом температуры, например до 1200°С, достигается очень низкая плотность воздуха, равная 0,239 кг/м 3 , что в 5 раз меньше ее значения при комнатной температуре. В общем случае, снижение плотности газов при нагреве позволяет проходить такому процессу, как естественная конвекция и применяется, например, в воздухоплавании.

Если сравнить плотность воздуха относительно плотности воды, то воздух легче на три порядка — при температуре 4°С плотность воды равна 1000 кг/м 3 , а плотность воздуха составляет 1,27 кг/м 3 . Необходимо также отметить значение плотности воздуха при нормальных условиях. Нормальными условиями для газов являются такие, при которых их температура равна 0°С, а давление равно нормальному атмосферному. Таким образом, согласно таблице, плотность воздуха при нормальных условиях (при НУ) равна 1,293 кг/м 3 .

Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при различных температурах

При выполнении тепловых расчетов необходимо знать значение вязкости воздуха (коэффициента вязкости) при различной температуре. Эта величина требуется для вычисления числа Рейнольдса, Грасгофа, Релея, значения которых определяют режим течения этого газа. В таблице даны значения коэффициентов динамической μ и кинематической ν вязкости воздуха в диапазоне температуры от -50 до 1200°С при атмосферном давлении.

Коэффициент вязкости воздуха с ростом его температуры значительно увеличивается. Например, кинематическая вязкость воздуха равна 15,06·10 -6 м 2 /с при температуре 20°С, а с ростом температуры до 1200°С вязкость воздуха становиться равной 233,7·10 -6 м 2 /с, то есть увеличивается в 15,5 раз! Динамическая вязкость воздуха при температуре 20°С равна 18,1·10 -6 Па·с.

При нагревании воздуха увеличиваются значения как кинематической, так и динамической вязкости. Эти две величины связаны между собой через величину плотности воздуха, значение которой уменьшается при нагревании этого газа. Увеличение кинематической и динамической вязкости воздуха (как и других газов) при нагреве связано с более интенсивным колебанием молекул воздуха вокруг их равновесного состояния (согласно МКТ).

Расчет плотности воздуха

— относительной влажности φ , %

— атмосферного давления B , мм.рт.ст.

— температуры воздуха t_в , ºC

и получите величину плотности воздуха при заданных условиях

Под плотностью воздуха понимают массу атмосферного газа в единице его объема при определенных условиях. В большинстве расчетов достаточно оперировать величиной равной 1.2249747411202923 или округленно 1,225 кг/м 3 . Эта величина, называемая стандартной, определена для сухого воздуха при температуре 15 °С на уровне моря (атмосферное давление равно 760 мм. рт. ст). Именно эти значения заданы по умолчанию для данной страницы.

Однако, в ряде случаев необходимо получать более точные значения плотности воздуха, учитывая его влажность и температуру, а также величину атмосферного давления. Чем больше температура воздуха, тем меньше его плотность и, наоборот, при повышении атмосферного давления повышается и плотность воздуха. Недаром в ясную морозную погоду говорят — «густой воздух».

Влажность воздуха обуславливается присутствием в нем молекул воды в парообразном состоянии. Рассматривая влажный воздух как смесь идеальных газов (сухого воздуха с молярной массой М_с.в =29 г/моль и водяного пара с М_в.п =18 г/моль), можно заключить, в силу закона Авогадро, что его плотность будет ниже плотности сухого.

Зависимость плотности воздуха от его влажности, атмосферного давления и температуры описывается следующим выражением:

База данных по теплофизическим свойствам газов и их смесей, используемых в ЯЭУ

В этом разделе приведены формулы и таблицы для расчета основных теплофизических характеристик воздуха в диапазоне температур Т от 270 К до 2000 К и при давлении Р в диапазоне от 0,1 MПa до 4 МПа. При таких параметрах воздух сходен по свойствам с разреженным газом. В этом разделе были использованы работы [10, 11, 21, 23]. Даны интервалы применимости формул и точности аппроксимации приведенных данных.

Фундаментальные константы для воздуха:

Молекулярный вес M=28,96 [5]

Удельная газовая постоянная R=287,11 ± 0,1 Дж/( кг·K ) [5]

Плотность, удельный объем

Плотность при давлении Р = 0,1 МПа и температурах Т в диапазоне от 270 К до 2000 К в кг/м 3 :

r _{0 ,1} = — 2,825 × 10 — 3 + 348/ T — 346 / T 2 (1)

Точность аппроксимации не превышает ± 1 %.

Для давлений Р в диапазоне от 0,1 МПа до 4 МПа и температур в диапазоне T = 270 ÷ 2000 К

Точность аппроксимации при температурах в диапазоне Т >500 К не более ± 1,5 %.

Удельный объем, м 3 /кг:

Точность аппроксимации не более ± 1,5 %.

Удельная изобарная теплоемкость при давлении Р = 0,1 МПа и температурах в диапазоне от 270 К до 2000 К в Дж/(кг К):

H _{0 ,1} = 1029 — 0,266 T + 0,767·10 — 6 T 2 — 5,04 10 — 7 T 3 + 1,128 10 — 9 T 4 (4)

Точность аппроксимации не превышает ± 0,7 %.

При давлениях Р в диапазоне от 0,1 МПа до 4 МПа и температурах в диапазоне T = 270 ÷ 2000 К :

где b₁ = — 0,866 — 0,0035T + 1,1 × 10 — 6 T 2

Точность аппроксимации не превышает ± 1 % при температурах в диапазоне Т 1600 К не превышает 1,5 %.

Энтальпия (Дж/кг) при давлении Р = 0,1 МПа, и температурах в диапазоне T = 270 ÷ 2000 К (начальная точка отсчета определена 270 К).

При давлениях Р в диапазоне от 0,1 МПа до 5 МПа и температурах в диапазоне T = 270 ÷ 1300 К :

(6)

Н p n ( T ) – это теплоемкость в середине температурного интервала разбиения, D Т = 10 К — температурный интервал разбиения, T_i — в середине температурного интервала.

Энтропия (Дж/(кг K )) (начальная точка отсчета 270 К) :

Δ S = S ( T ) — S ( T = 270 К) = Δ H / T ( 7 )

Точность аппроксимации определяется по точности используемых соотношений.

Коэффициент теплопроводности при давлении 0,1 МПа и температурах T от 270 К до 2000 К в Вт/(м К):

α _{0 ,1} = ( — 6,364 + 0,137T — 1,13 10 — 4 T 2 + 6,363 10 — 8 T 3 — 1,146 10 — 11 T 4 ) 10 — 3 ( 8 )

Точность аппроксимации не более 1 %.

При давлениях в диапазоне от 0,1 до 4 МПа и температурах в диапазоне T = 270 ÷ 2000 К

α = α_0,1 [1 + e (p — 0 ,1 )], ( 9 )

где e = 10 f , f = — 1,1 — 0,00237T + 7,143 10 — 7 T 2 .

Точность аппроксимации не более 2 %.

Коэффициент динамической вязкости при давлении 0,1 МПа и температурах в диапазоне T = 270 К ÷ 2000 К в Па с:

β _{0 ,1} = (4,031 + 0,0551 T — 2,2 × 10 — 5 T 2 + 5,43 × 10 — 9 T 3 ) 10 — 6 (10)

Точность аппроксимации не более ± 1 %.

При давлениях в диапазоне от 0,1 до 4 МПа и температурах в диапазоне T = 270 ÷ 2000 К :

β = β _{0 ,1} [1 + c(p — 0,1)], ( 11 )

d = log c = — 1,105 — 0,00367T + 1,776 × 10 — 7 T 2 (13)

Точность аппроксимации не более ± 1 %.

Скорость звука при давлении 0,1 МПа и температурах Т в диапазоне от 270 К до 2000 К (м/с):

w _{0 ,1} = 214,1 + 0,493 T — 8,815 × 10 -5 T 2 (14)

Точность аппроксимации не более ± 1 %.

При давлениях Р в диапазоне от 0,1 до 5 МПа и температурах в диапазоне T = 270 ÷ 2000 К ,

w = w _{0 ,1} (1 + 0,00261 P + 3,03 × 10 -4 P 2 ) (15)

Точность аппроксимации не более ± 2 %.

Показатель адиабаты при давлении 0,1 МПа и температурах T от 270 К до 2000 К:

k _{0 ,1} = Н _p /Н _v = 1,436 — 0,0001154 T + 1,778 × 10 -8 T 2 (16)

Точность аппроксимации не более ± 2 %.

При давлении Р в диапазоне от 0,1 до 4 МПа и T = 270 ÷ 2000 К

k = k _0,1 [1 + 0,012 ( p – 0,1)] (17)

Точность аппроксимации не более ± 4 %.

Данные, приведенные в таблице ниже, рассчитаны по приведенным выше соотношениям. Кроме того, соотношение δ = β/ r используется для расчета коэффициента кинематической вязкости; γ = α/( H p r ) – для коэффициента температуропроводности , и ε = δ/γ – для числа Прандтля.

Погрешности для δ, γ , ε вычисляются на основе погрешностей исходных величин, с применением propagation law .

Основные параметры воздуха, классы фильтров, расчет мощности калорифера, стандарты и нормативные документы, таблица физических величин

ПАРАМЕТРЫ ВОЗДУХА

ТЕМПЕРАТУРА . Измеряется как в Кельвинах (К), так и в градусах Цельсия (°С). Размер градуса Цельсия и размер кельвина один и тот же для разности температур. Соотношение между температурами:

где t — температура, °С, T — температура, K.

ДАВЛЕНИЕ . Давление влажного воздуха p и его составляющих измеряется в Па (Паскаль) и кратных единицах (кПа, ГПа, МПа).
Барометрическое давление влажного воздуха p_б равно сумме парциальных давлений сухого воздуха p_в и водяного пара p_п :

ПЛОТНОСТЬ . Плотность влажного воздуха ρ, кг/м3, представляет собой отношение массы воздушно-паровой смеси к объему этой смеси:

Плотность влажного воздуха может определяться по формуле

УДЕЛЬНЫЙ ВЕС . Удельный вес влажного воздуха γ — это отношение веса влажного воздуха к занимаемому им объему, Н/м 3 . Плотность и удельный вес связаны между собой зависимостью

где g — ускорение свободного падения, равное 9.81 м/с 2 .

ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА . Содержание в воздухе водяного пара. характеризуется двумя величинами: абсолютной и относительной влажностью.
Абсолютная влажность воздуха . количество водяного пара, кг или г, содержащегося в 1 м 3 воздуха.
Относительная влажность воздуха φ, выраженная в % . отношение парциального давления водяного пара pп, содержащегося в воздухе, к парциальному давлению водяного пара в воздухе при полном его насыщении водяными парами p_п.н.:

Парциальное давление водяного пара в насыщенном влажном воздухе может быть определено из выражения

где t_в.н. — температура насыщенного влажного воздуха, °С.

ТОЧКА РОСЫ . Температура, при которой парциальное давление водяного пара p_п , содержащегося во влажном воздухе, равно парциальному давлению насыщеного водяного пара p_п.н. при той же температуре. При температуре росы начинается конденсация влаги из воздуха.

ВЛАГОСОДЕРЖАНИЕ . Влагосодержание влажного воздуха d представляет собой отношение массы водяного пара M_п во влажном воздухе к массе сухой части влажного воздуха M_в :

Влагосодержание влажного воздуха, г/кг, может быть выражено через давление влажного воздуха и его составляющих и относительную влажность:

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ . Удельная теплоемкость влажного воздуха c, кДж/(кг * °С) — это количество теплоты, требуемой для нагрева 1 кг смеси сухого воздуха и водяных паров на 10 и отнесенное к 1 кг сухой части воздуха:

где c_в — средняя удельная теплоемкость сухого воздуха, принимаемая в интервале температур 0-1000С равной 1,005 кДж/(кг * °С); с_п — средняя удельная теплоемкость водяного пара, равная 1,8 кДж/(кг * °C). Для практических расчетов при проектировании систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха допускается применять удельную теплоемкость влажного воздуха с = 1,0056 кДж/(кг * °C) (при температуре 0°С и барометрическом давлении 1013,3 ГПа)

УДЕЛЬНАЯ ЭНТАЛЬПИЯ . Удельная энтальпия влажного воздуха — это энтальпия I, кДж, отнесенная к 1 кг массы сухого воздуха:

I = 1,005t + (2500 + 1,8068t) d / 1000,
или I = ct + 2.5d

КОЭФФИЦИЕНТ ОБЪЕМНОГО РАСШИРЕНИЯ . Температурный коэффициент объемного расширения

α = 0,00367 °C -1
или α = 1/273 °C -1 .

ПАРАМЕТРЫ СМЕСИ .
Температура смеси воздуха

Влагосодержание смеси воздуха

Удельная энтальпия смеси воздуха

где M₁, M₂ — массы смешиваемого воздуха

КЛАССЫ ФИЛЬТРОВ

РАСЧЕТ МОЩНОСТИ КАЛОРИФЕРА

СТАНДАРТЫ И НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

СНиП 2.01.01-82 — Строительная климатология и геофизика

Информация о климатических условиях конкретных территорий.

СНиП 2.04.05-91* — Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха

Настоящие строительные нормы следует соблюдать при проектировании отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях зданий и сооружений (далее — зданий). При проектировании следует также соблюдать требования по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха СНиП соответствующих зданий и помещений, а также ведомственных нормативов и других нормативных документов, утвержденных и согласованных с Госстроем России.

СНиП 2.01.02-85* — Противопожарные нормы

Настоящие нормы должны соблюдаться при разработке проектов зданий и сооружений.

Настоящие нормы устанавливают пожарно-техническую классификацию зданий и сооружений, их элементов, строительных конструкций, материалов, а также общие противопожарные требования к конструктивным и планировочным решениям помещений, зданий и сооружений различного назначения.

Настоящие нормы дополняются и уточняются противопожарными требованиями, изложенными в СНиП части 2 и в других нормативных документах, утвержденных или согласованных Госстроем.

СНиП II-3-79* — Строительная теплотехника

Настоящие нормы строительной теплотехники должны соблюдаться при проектировании ограждающих конструкций (наружных и внутренних стен, перегородок, покрытий, чердачных и междуэтажных перекрытий, полов, заполнений проемов: окон, фонарей, дверей, ворот) новых и реконструируемых зданий и сооружений различного назначения (жилых, общественных, производственных и вспомогательных промышленных предприятий, сельскохозяйственных и складских, с нормируемыми температурой или температурой и относительной влажностью внутреннего воздуха).

СНиП II-12-77 — Защита от шума

Настоящие нормы и правила должны соблюдаться при проектировании защиты от шума для обеспечения допустимых уровней звукового давления и уровней звука в помещениях на рабочих местах в производственных и вспомогательных зданиях и на площадках промышленных предприятий, в помещениях жилых и общественных зданий, а также на селитебной территории городов и других населенных пунктов.

СНиП 2.08.01-89* — Жилые здания

Настоящие нормы и правила распространяются на проектирование жилых зданий (квартирных домов, включая квартирные дома для престарелых и семей с инвалидами, передвигающимися на креслах-колясках, в дальнейшем тексте . семей с инвалидами, а также общежитий) высотой до 25 этажей включительно.

Настоящие нормы и правила не распространяются на проектирование инвентарных и мобильных зданий.

СНиП 2.08.02-89* — Общественные здания и сооружения

Настоящие нормы и правила распространяются на проектирование общественных зданий (высотой до 16 этажей включительно) и сооружений, а также помещений общественного назначения, встроенных в жилые здания. При проектировании помещений общественного назначения, встроенных в жилые здания, следует дополнительно руководствоваться СНиП 2.08.01-89* (Жилые здания).

СНиП 2.09.04-87* — Административные и бытовые здания

Настоящие нормы распространяются на проектирование административных и бытовых зданий высотой до 16 этажей включительно и помещений предприятий. Настоящие нормы не распространяются на проектирование административных зданий и помещений общественного назначения.

При проектировании зданий, перестраиваемых в связи с расширением, реконструкцией или техническим перевооружением предприятий, допускаются отступления от настоящих норм в части геометрических параметров.

СНиП 2.09.02-85* — Производственные здания

Настоящие нормы распространяются на проектирование производственных зданий и помещений. Настоящие нормы не распространяются на проектирование зданий и помещений для производства и хранения взрывчатых веществ и средств взрывания, подземных и мобильных (инвентарных) зданий.

СНиП 111-28-75 — Правила производства и приемки работ

Пусковые испытания смонтированных систем вентиляции и кондиционирования проводятся в соответствии с требованиями СНиП 111-28-75 «Правила производства и приемки работ» после механического опробования вентиляционного и связанного с ним энергетического оборудования. Целью пусковых испытаний и регулировки систем вентиляции и кондиционирования является установление соответствия параметров их работы проектным и нормативным показателям.

До начала испытаний установки вентиляции и кондиционирования должны непрерывно и исправно проработать в течение 7 часов.

При пусковых испытаниях должны быть произведены:

• Проверка соответствия параметров установленного оборудования и элементов вентиляционных устройств, принятым в проекте, а также соответствия качества их изготовления и монтажа требованиям ТУ и СНиП.
• Выявление неплотностей в воздуховодах и других элементах систем
• Проверка соответствия проектным данным объемных расходов воздуха, проходящего через воздухоприемные и воздухораспределительные устройства общеобменных установок вентиляции и кондиционирования воздуха
• Проверка соответствия паспортным данным вентиляционного оборудования по производительности и напору
• Проверка равномерности прогрева калориферов. (При отсутствии теплоносителя в теплый период года проверка равномерности прогрева калориферов не производится)

Содержание

Состав и давление воздуха [ править ]

Атмосферный воздух представляет собой смесь сухого воздуха и водяных паров. Количество водяных паров, содержащихся в атмосферном воздухе, зависит от температуры и давления. Содержание водяных паров в воздухе можно выразить в виде абсолютной влажности, относительной влажности, влагосодержания и влагоемкости.

Таблица 6.1. Состав сухого атмосферного воздуха

Давление атмосферного воздуха складывается из парциальных давлений сухой части воздуха (Р_в) и водяных паров (Р_п), содержащихся в атмосферном воздухе. Давление измеряется в паскалях (Па). Давление у поверхности Земли Р_о = Р_н = 101,325 кПа. До 1980 г. для измерения давления использовали:

• -физические атмосферы = 1 атм = 760 мм рт. ст. = 10332 мм вод. ст. = 101,325 кПа;
• — технические атмосферы = 1 ат = 1 кг/см 2 = 735,6 мм рт. ст. = 10000 мм вод. ст. = 7500 м возд. ст. = 98,0665 кПа.

Температура воздуха измеряется в градусах Цельсия (t­°C) или в градусах Кельвина (T°K ≅ t°C+273).

Содержание водяных паров [ править ]

Абсолютной влажностью воздуха называется количество водяного пара в г, содержащегося в 1 м 3 воздуха. Абсолютная влажность измеряется количеством водяного пара во влажном воздухе (ϒ_n — г/м 3 ).

Таблица 6.2. Абсолютная влажность насыщенного воздуха при разных температурах

Влагосодержание воздуха – это масса водяных паров в граммах (W), содержащихся в смеси, отнесенное к массе сухого воздуха в кг. Влагосодержание (d) определяется из соотношения[d=frac] , г/кг

или через соответствующие парциальные давления водяных паров Рп и сухой части воздуха Р_в[d=622*frac], г/кг

Влагоемкостью называется влагосодержание 1 кг воздуха в насыщенном состоянии, выраженное через парциальные давления[d=622*frac-P_н>] , г/кг

Относительная влажность воздуха (степень насыщения влагой) – это отношение абсолютной влажности данного (ненасыщенного) воздуха к абсолютной влажности насыщенного воздуха при той же температуре:

или отношение парциального давления водяных паров в воздухе к парциальному давлению (Р_н) водяных паров при той же температуре и полном насыщении воздуха:

Температурой точки росы называется наинизшая температура, до которой можно охлаждать воздух при постоянном влагосодержании. Дальнейшее понижение температуры вызывает конденсацию.

Таблица 6.3. Объем влажного воздуха на 1 кг сухого при Р=99,3 кПа (745 мм рт.ст.) (Vм 3 /кг сухого воздуха)

Таблица 6.4. Физические свойства насыщенного воздуха при атмосферном давлении Р_н =101,325 кПа (760 мм рт. ст.)

Теплоемкость и энтальпия [ править ]

Удельная теплоемкость воздуха – количество тепла в килоджоулях (в килокалориях), необходимое для нагревания 1 кг или 1 м 3 воздуха на 10. Для практических расчетов теплоемкость влажного воздуха при барометрическом давлении = 101,3 КПа (760 мм рт. ст.) в интервале температур от 0 до 100 °С:

Энтальпия (теплосодержание) воздуха выражает количество тепла, содержащееся в воздухе при данных температуре и давлении.

Энтальпия влажного воздуха представляет собой сумму энтальпий сухого воздуха и содержащихся в нем водяных паров:

Энтальпия сухого воздуха равна произведению теплоемкости на температуру:

Энтальпия водяного пара слагается из скрытой теплоты парообразования и энтальпии паров при этой температуре, которая равна произведению теплоемкости пара на температуру. В технических расчетах энтальпию водяных паров приближенно определяют по формуле:

i_в.п = 2500+1,96 t_в.п , кДж/кг вод. паров

Общая энтальпия смеси при содержании влаги в воздухе d г/кг сухого воздуха:

I_в = 1.0048*t+0,001*d*(2500+1,96*t)кДж/кг сухого воздуха

(I_в =0,24*t+0,001*d*[597+0.47*t]) ккал/кг сухого воздуха.

В табл. 6.5 приводятся свойства сухого воздуха: плотность – ρ, теплоемкость – С, теплопроводность – λ, температуропроводность – a, вязкость – µ, кинематическая вязкость – с, критерий Прандтля – Рг.

Таблица 6.5. Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении Р_н = 101,325 кПа (760 мм рт.ст.)