Vlažnost zraka. Toplinski kapacitet i entalpija zraka
Atmosferski zrak je mješavina suhog zraka i vodene pare (od 0,2% do 2,6%). Stoga se zrak gotovo uvijek može smatrati vlažnim.
Mehanička smjesa suhog zraka i vodene pare naziva se vlažan zrak ili mješavina zraka/pare. Maksimalni mogući sadržaj parne vlage u zraku m a.s. ovisno o temperaturi t i pritisak P smjese. Kad se promijeni t I P zrak može prijeći iz prvobitno nezasićenog u stanje zasićenosti vodenom parom, a zatim će višak vlage početi ispadati u volumen plina i na okolne površine u obliku magle, inja ili snijega.
Glavni parametri koji karakteriziraju stanje vlažnog zraka su: temperatura, tlak, specifični volumen, sadržaj vlage, apsolutna i relativna vlažnost, molekularna težina, plinska konstanta, toplinski kapacitet i entalpija.
Prema Daltonovom zakonu za plinske smjese ukupni tlak vlažnog zraka (P) je zbroj parcijalnih tlakova suhog zraka P c i vodene pare P p: P \u003d P c + P p.
Slično tome, volumen V i masa m vlažnog zraka bit će određeni odnosima:
V \u003d V c + V p, m \u003d m c + m p.
Gustoća I specifični volumen vlažnog zraka (v) definirano:
Molekularna težina vlažnog zraka:
gdje je B barometarski tlak.
Budući da se tijekom procesa sušenja vlažnost zraka neprestano povećava, a količina suhog zraka u parozračnoj smjesi ostaje konstantna, proces sušenja se procjenjuje prema tome kako se mijenja količina vodene pare na 1 kg suhog zraka, te svim pokazateljima smjesa para-zrak (toplinski kapacitet, sadržaj vlage, entalpija itd.) odnosi se na 1 kg suhog zraka u vlažnom zraku.
d \u003d m p / m c, g / kg, ili X \u003d m p / m c.
Apsolutna vlažnost zraka- masa pare u 1 m 3 vlažnog zraka. Ova vrijednost je numerički jednaka .
Relativna vlažnost - je omjer apsolutne vlažnosti nezasićenog zraka prema apsolutnoj vlažnosti zasićenog zraka u danim uvjetima:
ovdje , ali češće se relativna vlažnost daje u postocima.
Za gustoću vlažnog zraka vrijedi relacija:
Određena toplina vlažan zrak:
c \u003d c c + c p ×d / 1000 \u003d c c + c p ×X, kJ / (kg × ° S),
gdje je c c specifični toplinski kapacitet suhog zraka, c c = 1,0;
c p - specifični toplinski kapacitet pare; s n = 1,8.
Toplinski kapacitet suhog zraka pri konstantnom tlaku i malim temperaturnim rasponima (do 100 ° C) za približne izračune može se smatrati konstantnim, jednakim 1,0048 kJ / (kg × ° C). Za pregrijanu paru može se također pretpostaviti da je prosječni izobarni toplinski kapacitet pri atmosferskom tlaku i niskim stupnjevima pregrijavanja konstantan i jednak 1,96 kJ/(kg×K).
Entalpija (i) vlažnog zraka- ovo je jedan od njegovih glavnih parametara, koji se naširoko koristi u proračunima postrojenja za sušenje, uglavnom za određivanje topline potrošene na isparavanje vlage iz materijala koji se suše. Entalpija vlažnog zraka odnosi se na jedan kilogram suhog zraka u smjesi para-zrak i definira se kao zbroj entalpija suhog zraka i vodene pare, tj.
i \u003d i c + i p × X, kJ / kg.
Pri izračunavanju entalpije smjesa, početna referentna točka za entalpije svake komponente mora biti ista. Za izračune vlažnog zraka može se pretpostaviti da je entalpija vode nula na 0 o C, tada se entalpija suhog zraka također računa od 0 o C, odnosno i u \u003d c u * t \u003d 1,0048 t.
Ruska Federacija Protokol državnog standarda SSSR-a
GSSSD 8-79 Tekući i plinoviti zrak. Gustoća, entalpija, entropija i izobarni toplinski kapacitet na temperaturama od 70-1500 K i pritiscima od 0,1-100 MPa
postaviti knjižnu oznaku
postaviti knjižnu oznaku
USLUGA REFERENTNIH PODATAKA DRŽAVNOG STANDARDA
Standardne tablice referentnih podataka
ZRAK TEKUĆINA I PLIN. GUSTOĆA, ENTALPIJA, ENTROPIJA I IZOBARNI TOPLINSKI KAPACITET NA TEMPERATURAMA 70-1500 K I TLACOVIMA 0,1-100 MPa
Tablice standardnih referentnih podataka
Tekući i plinoviti zrak Gustoća, entalpija, entropija i izobarni toplinski kapacitet na temperaturama od 70 do 1500 K i tlakovima od 0,1 do 100 MPa
RAZVIJENO od strane Svesaveznog znanstveno-istraživačkog instituta mjeriteljske službe, Odesskog instituta pomorskih inženjera, Moskovskog ordena Lenjinovog energetskog instituta
PREPORUČEN NA ODOBRENJE od strane Sovjetskog nacionalnog odbora za prikupljanje i ocjenu numeričkih podataka u području znanosti i tehnologije Prezidija Akademije znanosti SSSR-a; Svesavezni istraživački centar Državne službe za standardne referentne podatke
ODOBRENO od strane stručne komisije GSSSD u sastavu:
kand. tehn. znanosti N.E. Gnezdilova, dr. tech. znanosti I.F. Golubeva, dr. kem. znanosti L.V. Gurvich, doktor inženjerskih znanosti. znanosti V.A. Rabinovich, dr. tech. znanosti A.M.Siroty
PRIPREMLJENO ZA ODOBRENJE od strane Svesaveznog istraživačkog centra Državne službe za standardne referentne podatke
Korištenje standardnih referentnih podataka obvezno je u svim sektorima nacionalnog gospodarstva
Ove tablice sadrže za praksu najvažnije vrijednosti gustoće, entalpije, entropije i izobaričnog toplinskog kapaciteta tekućeg i plinovitog zraka.
Tablice se temelje na sljedećim načelima:
1. Jednadžba stanja, koja odražava pouzdane eksperimentalne podatke o , , -ovisnosti s visokom točnošću, može pružiti pouzdan izračun kalorijskih i akustičkih svojstava iz poznatih termodinamičkih odnosa.
2. Usrednjavanje koeficijenata velikog broja jednadžbi stanja, ekvivalentnih u smislu točnosti opisa početnih informacija, omogućuje dobivanje jednadžbe koja odražava cjelokupnu termodinamičku površinu (za odabrani skup eksperimentalnih podataka među jednadžbe prihvaćenog tipa). Takvo usrednjavanje omogućuje procjenu moguće slučajne pogreške u izračunatim vrijednostima toplinskih, kalorijskih i akustičkih veličina, bez uzimanja u obzir utjecaja sustavne pogreške eksperimentalnih , , -podataka i pogreške zbog izbora oblik jednadžbe stanja.
Srednja jednadžba stanja za tekući i plinoviti zrak ima oblik
Gdje ; ; .
Jednadžba se temelji na najpouzdanijim eksperimentalnim vrijednostima gustoće dobivenim u radovima i pokriva temperaturni raspon 65-873 K i tlakove 0,01-228 MPa. Eksperimentalni podaci opisani su jednadžbom sa srednjom kvadratnom greškom od 0,11%. Koeficijenti usrednjene jednadžbe stanja dobiveni su kao rezultat obrade sustava od 53 jednadžbe koje su po točnosti ekvivalentne opisu eksperimentalnih podataka. U proračunima su uzete sljedeće vrijednosti plinske konstante i kritičnih parametara: 287,1 J/(kg K); 132,5 K; 0,00316 m/kg.
Koeficijenti jednadžbe prosječnog stanja zraka:
Entalpija, entropija i izobarni toplinski kapacitet određeni su formulama
Gdje su , , entalpija, entropija i izohorni toplinski kapacitet u idealnom stanju plina. Vrijednosti i određuju se iz odnosa
Gdje je i - entalpija i entropija pri temperaturi; - toplina sublimacije na 0 K; - konstanta (u ovom radu 0).
Vrijednost topline sublimacije zraka izračunata je na temelju podataka o toplinama sublimacije njegovih komponenti i iznosi 253,4 kJ/kg Ar po volumenu). Vrijednosti entalpije i entropije na temperaturi od 100 K, koja je pomoćna referentna točka pri integraciji jednadžbe za , iznose 3,48115 kJ/kg odnosno 20,0824 kJ/(kg K).
Izobarni toplinski kapacitet u stanju idealnog plina posuđen je iz rada i aproksimira se polinomom
Srednja kvadratna pogreška aproksimacije početnih podataka u temperaturnom rasponu 50-2000 K je 0,009%, maksimalna je oko 0,02%.
Slučajne pogreške izračunatih vrijednosti izračunavaju se s vjerojatnošću pouzdanosti od 0,997 po formuli
Gdje je prosječna vrijednost termodinamičke funkcije; - vrijednost iste funkcije, dobivena th jednadžbom iz sustava koji sadrži jednadžbe.
Tablice 1-4 prikazuju vrijednosti termodinamičkih funkcija zraka, a tablice 5-8 prikazuju odgovarajuće slučajne pogreške. Vrijednosti pogreške u tablicama 5-8 prikazane su za dio izobara, a vrijednosti za međuizobare mogu se dobiti s prihvatljivom točnošću linearnom interpolacijom. Slučajne pogreške u izračunatim vrijednostima odražavaju raspršenost potonjih u odnosu na prosječnu jednadžbu stanja; za gustoću, oni su znatno manji od srednje kvadratne pogreške opisa početnog niza eksperimentalnih podataka, koji služi kao integralna procjena i uključuje velika odstupanja za neke podatke karakterizirane raspršenošću.
stol 1
Gustoća zraka
Nastavak
kg/m, pri , MPa, |
|||||||||||
tablica 2
Entalpija zraka
Nastavak
KJ/kg, pri , MPa, |
|||||||||||
Tablica 3
Entropija zraka
Nastavak
KJ/(kg, K), pri, MPa, |
|||||||||||
Tablica 4
Izobarni toplinski kapacitet zraka
________________
* Tekst dokumenta odgovara izvorniku. - Napomena proizvođača baze podataka.
Nastavak
KJ/(kg, K), pri, MPa, |
|||||||||||
Tablica 5. Srednje kvadratne slučajne pogreške izračunatih vrijednosti gustoće
, %, pri , MPa |
|||||||||||||
Tablica 6. Srednje kvadratne slučajne pogreške izračunatih vrijednosti entalpije
KJ/kg, pri , MPa |
||||||||||||||||
U vezi s upotrebom virijalnog oblika, jednadžbe stanja u tablicama ne tvrde da jesu točan opis termodinamička svojstva u blizini kritične točke (126-139 K, 190-440 kg/m).
Informacije o eksperimentalnim istraživanjima termodinamičkih svojstava zraka, metodologiji za sastavljanje jednadžbe stanja i proračunskih tablica, dosljednosti izračunatih vrijednosti s eksperimentalnim podacima, kao i detaljnije tablice koje sadrže dodatne informacije o izohornom toplinskom kapacitetu, brzini zvuka , toplina isparavanja, choke efekt, neki derivati i o svojstvima na krivuljama vrenja i kondenzacije dani su u .
BIBLIOGRAFIJA
1. Hlborn L., Schultre H. die Druckwage und die Isothermen von Luft, Argon und Helium Zwischen 0 und 200 °C. - Ann. Phys. 1915 m, Bd 47, N 16, S.1089-1111.
2. Michels A., Wassenaar T., Van Seventer W. Izoterme zraka između 0 °C i 75 °C i pri tlaku do 2200 atm. -Primjena sci. Res., 1953, sv. 4, br. 1, str.52-56.
3. Izoterme stlačivosti zraka na temperaturama između -25 °C i -155 °C i gustoćama do 560 Amagata (pritisak do 1000 atmosfera) / Michels A. Wassenaar T., Levelt J.M., De Graaff W. - Appl . sci. Res., 1954, sv. A 4, N 5-6, str.381-392.
4. Eksperimentalno istraživanje specifičnih volumena zraka / Vukalovich M.P., Zubarev V.N., Aleksandrov A.A., Kozlov A.D. - Termoenergetika, 1968, N 1, str. 70-73.
5. Romberg H. Neue Messungen der thermischen ler Luft bei tiefen Temperaturen and die Berechnung der kalorischen mit Hilfe des Kihara-Potentials. - VDl-Vorschungsheft, 1971, - N 543, S.1-35.
6. Blance W. Messung der thermischen von Luft im Zweiphasengebiet und Seiner Umgebung. Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doctor-Ingenieurs/. Bohum., 1973. (monografija).
7. Mjerenje gustoće zraka na temperaturama od 78-190 K do tlaka od 600 bara / Vasserman A.A., Golovsky E.A., Mitsevich E.P., Tsymarny V.A., M., 1975. (Dep. u VINITI 28.07 .76 N 2953-76 ).
8. H. Landolt, R. Zahlenwerte und Funktionen aus Physik, Chemie, Astronomic, Geophysik und Technik. Berlin., Springer Verlag, 1961., Bd.2.
9. Tablice toplinskih svojstava plinova. Wachington, Gov. tisak, off., 1955., XI. (Ministarstvo trgovine SAD-a. NBS. Girc. 564).
10. Termodinamička svojstva zraka / Sychev V.V., Wasserman A.A., Kozlov A.D. i dr. M., Izdavačka kuća za standarde, 1978.
Laboratorija #1
Definicija izobarne mase
toplinski kapacitet zraka
Toplinski kapacitet je toplina koja se mora dovesti do jedinice količine tvari da bi se zagrijala za 1 K. Jedinica količine tvari može se mjeriti u kilogramima, kubnim metrima u normalnim fizičkim uvjetima i kilomolima. Kilomol plina je masa plina u kilogramima, brojčano jednaka njegovoj molekularnoj težini. Dakle, postoje tri vrste toplinskih kapaciteta: masa c, J/(kg⋅K); volumen c', J/(m3⋅K) i molarni, J/(kmol⋅K). Budući da kilomol plina ima masu μ puta veću od jednog kilograma, ne uvodi se posebna oznaka za molarni toplinski kapacitet. Odnosi između toplinskih kapaciteta:
gdje je = 22,4 m3/kmol volumen kilomola idealnog plina u normalnim fizičkim uvjetima; je gustoća plina u normalnim fizičkim uvjetima, kg/m3.
Pravi toplinski kapacitet plina je derivacija topline u odnosu na temperaturu:
Toplina dovedena plinu ovisi o termodinamičkom procesu. Može se odrediti iz prvog zakona termodinamike za izohorne i izobarne procese:
Ovdje je toplina dovedena 1 kg plina u izobarnom procesu; je promjena unutarnje energije plina; je rad plinova protiv vanjskih sila.
U biti formula (4) formulira 1. zakon termodinamike iz kojeg slijedi Mayerova jednadžba:
Ako stavimo = 1 K, tada je fizikalni smisao plinske konstante rad 1 kg plina u izobarnom procesu kada mu se temperatura promijeni za 1 K.
Mayerova jednadžba za 1 kilomol plina je
gdje je = 8314 J/(kmol⋅K) univerzalna plinska konstanta.
Osim Mayerove jednadžbe, izobarni i izohorni maseni toplinski kapaciteti plinova međusobno su povezani preko adijabatskog indeksa k (Tablica 1):
Tablica 1.1
Vrijednosti adijabatskih eksponenata za idealne plinove
Atomičnost plinova | |
Monatomski plinovi | |
Dvoatomski plinovi | |
Tro- i višeatomni plinovi |
CILJ RADA
Sidrenje teorijsko znanje prema osnovnim zakonima termodinamike. Praktični razvoj metode za određivanje toplinskog kapaciteta zraka na temelju energetske bilance.
Eksperimentalno određivanje specifičnog masenog toplinskog kapaciteta zraka i usporedba dobivenog rezultata s referentnom vrijednošću.
1.1. Opis laboratorijskog postava
Instalacija (Sl. 1.1) sastoji se od mjedene cijevi 1 s unutarnjim promjerom d =
= 0,022 m, na čijem se kraju nalazi električni grijač s toplinskom izolacijom 10. Unutar cijevi se kreće struja zraka koja se dovodi 3. Strujanje zraka se može kontrolirati promjenom brzine ventilatora. U cijevi 1 ugrađena je cijev punog tlaka 4 i prekomjernog statičkog tlaka 5, koji su povezani s manometrima 6 i 7. Osim toga, u cijevi 1 ugrađen je termoelement 8 koji se može kretati po presjeku istovremeno s cijev pod punim pritiskom. Vrijednost EMF termoelementa određena je potenciometrom 9. Zagrijavanje zraka koji se kreće kroz cijev kontrolira se pomoću laboratorijskog autotransformatora 12 promjenom snage grijača, koja se određuje očitanjima ampermetra 14 i voltmetra 13. Temperatura zraka na izlazu iz grijača određuje se termometrom 15.
1.2. EKSPERIMENTALNA TEHNIKA
Toplinski protok grijača, W:
gdje je I struja, A; U – napon, V; = 0,96; =
= 0,94 - koeficijent gubitka topline.
sl.1.1. Shema eksperimentalne postavke:
1 - cijev; 2 - konfuzor; 3 – ventilator; 4 - cijev za mjerenje dinamičkog tlaka;
5 - ogranak cijevi; 6, 7 – mjerači diferencijalnog tlaka; 8 - termoelement; 9 - potenciometar; 10 - izolacija;
11 - električni grijač; 12 – laboratorijski autotransformator; 13 - voltmetar;
14 - ampermetar; 15 - termometar
Toplinski tok percipiran zrakom, W:
gdje je m maseni protok zraka, kg/s; – eksperimentalni, maseni izobarni toplinski kapacitet zraka, J/(kg K); – temperatura zraka na izlazu iz grijaćeg dijela i na ulazu u njega, °C.
Maseni protok zraka, kg/s:
. (1.10)
Ovdje je prosječna brzina zraka u cijevi, m/s; d je unutarnji promjer cijevi, m; - gustoća zraka pri temperaturi , koja se nalazi po formuli, kg/m3:
, (1.11)
gdje je = 1,293 kg/m3 gustoća zraka u normalnim fizičkim uvjetima; B – pritisak, mm. rt. st; - višak statičkog tlaka zraka u cijevi, mm. voda. Umjetnost.
Brzine zraka određene su dinamičkim padom u četiri jednaka dijela, m/s:
gdje je dinamička glava, mm. voda. Umjetnost. (kgf/m2); g = 9,81 m/s2 je ubrzanje slobodnog pada.
Prosječna brzina zraka u dijelu cijevi, m/s:
Prosječni izobarni maseni toplinski kapacitet zraka određuje se iz formule (1.9), u koju je toplinski tok zamijenjen iz jednadžbe (1.8). Točna vrijednost toplinskog kapaciteta zraka pri srednjoj temperaturi zraka nalazi se prema tablici prosječnih toplinskih kapaciteta ili prema empirijskoj formuli, J / (kg⋅K):
. (1.14)
Relativna pogreška eksperimenta, %:
. (1.15)
1.3. Provođenje pokusa i obrada
rezultati mjerenja
Eksperiment se provodi sljedećim redoslijedom.
1. Laboratorijski stalak je uključen i nakon uspostavljanja stacionarnog načina rada, očitana su sljedeća:
Dinamički tlak zraka u četiri točke jednakih dijelova cijevi;
Prekomjerni statički tlak zraka u cijevi;
Struja I, A i napon U, V;
Temperatura ulaznog zraka, °S (termoelement 8);
Izlazna temperatura, °S (termometar 15);
Barometarski tlak B, mm. rt. Umjetnost.
Eksperiment se ponavlja za sljedeći način. Rezultati mjerenja upisani su u tablicu 1.2. Izračuni se izvode u tablici. 1.3.
Tablica 1.2
Mjerna tablica
Naziv vrijednosti | |||
Temperatura ulaznog zraka, °C | |||
Temperatura izlaznog zraka, °C |
|||
Dinamički tlak zraka, mm. voda. Umjetnost. | |||
Prekomjerni statički tlak zraka, mm. voda. Umjetnost. |
|||
Barometarski tlak B, mm. rt. Umjetnost. |
|||
Napon U, V |
Tablica 1.3
Tablica za izračun
Naziv količina |
|
|||
Dinamička visina, N/m2 | ||||
Prosječna ulazna temperatura protoka, °C |
Razmatraju se glavna fizikalna svojstva zraka: gustoća zraka, njegova dinamička i kinematička viskoznost, specifični toplinski kapacitet, toplinska vodljivost, toplinska difuznost, Prandtlov broj i entropija. Svojstva zraka navedena su u tablicama ovisno o temperaturi pri normalnom atmosferskom tlaku.
Gustoća zraka u odnosu na temperaturu
Prikazana je detaljna tablica vrijednosti gustoće suhog zraka pri različitim temperaturama i normalnom atmosferskom tlaku. Kolika je gustoća zraka? Gustoća zraka može se analitički odrediti dijeljenjem njegove mase s volumenom koji zauzima. pod zadanim uvjetima (pritisak, temperatura i vlaga). Također je moguće izračunati njegovu gustoću koristeći formulu jednadžbe stanja idealnog plina. Da biste to učinili, morate znati apsolutni tlak i temperaturu zraka, kao i njegovu plinsku konstantu i molarni volumen. Ova jednadžba vam omogućuje izračunavanje gustoće zraka u suhom stanju.
Na praksi, saznati kolika je gustoća zraka pri različitim temperaturama, prikladno je koristiti gotove tablice. Na primjer, navedena tablica vrijednosti gustoće atmosferskog zraka ovisno o njegovoj temperaturi. Gustoća zraka u tablici izražena je u kilogramima po metar kubni a daje se u temperaturnom području od minus 50 do 1200 stupnjeva Celzijusa pri normalnom atmosferskom tlaku (101325 Pa).
| t, °S | ρ, kg / m 3 | t, °S | ρ, kg / m 3 | t, °S | ρ, kg / m 3 | t, °S | ρ, kg / m 3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
| -45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
| -40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
| -35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
| -30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
| -25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
| -20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
| -15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
| -10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
| -5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
| 0 | 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 |
| 10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
| 15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
Na 25°C zrak ima gustoću od 1,185 kg/m 3 . Zagrijavanjem gustoća zraka opada - zrak se širi (povećava mu se specifični volumen). S povećanjem temperature, na primjer, do 1200 ° C, postiže se vrlo niska gustoća zraka, jednaka 0,239 kg / m 3, što je 5 puta manje od njegove vrijednosti na sobna temperatura. Općenito, smanjenje zagrijavanja omogućuje odvijanje procesa kao što je prirodna konvekcija i koristi se, na primjer, u aeronautici.
Ako usporedimo gustoću zraka s obzirom na, tada je zrak lakši za tri reda veličine - na temperaturi od 4 ° C, gustoća vode je 1000 kg / m 3, a gustoća zraka je 1,27 kg / m 3. Također je potrebno zabilježiti vrijednost gustoće zraka u normalnim uvjetima. Normalni uvjeti za plinove su oni pri kojima im je temperatura 0°C, a tlak jednak normalnom atmosferskom tlaku. Dakle, prema tablici, gustoća zraka u normalnim uvjetima (na NU) je 1,293 kg / m 3.
Dinamička i kinematička viskoznost zraka pri različitim temperaturama
Pri izvođenju toplinskih proračuna potrebno je poznavati vrijednost viskoznosti zraka (koeficijent viskoznosti) pri različitim temperaturama. Ova vrijednost je potrebna za izračunavanje Reynoldsovih, Grashofovih, Rayleighovih brojeva, čije vrijednosti određuju režim protoka ovog plina. Tablica prikazuje vrijednosti koeficijenata dinamike μ i kinematička ν viskoznost zraka u temperaturnom području od -50 do 1200°C pri atmosferskom tlaku.
Viskoznost zraka značajno raste s porastom temperature. Na primjer, kinematička viskoznost zraka je 15,06 10 -6 m 2 / s pri temperaturi od 20 ° C, a s povećanjem temperature na 1200 ° C, viskoznost zraka postaje jednaka 233,7 10 -6 m 2. / s, odnosno povećava se 15,5 puta! Dinamička viskoznost zraka pri temperaturi od 20°C iznosi 18,1·10 -6 Pa·s.
Kada se zrak zagrijava, povećavaju se vrijednosti i kinematičke i dinamičke viskoznosti. Ove dvije veličine međusobno su povezane preko vrijednosti gustoće zraka, čija vrijednost opada zagrijavanjem ovog plina. Povećanje kinematičke i dinamičke viskoznosti zraka (kao i drugih plinova) tijekom zagrijavanja povezano je s intenzivnijim titranjem molekula zraka oko njihovog ravnotežnog stanja (prema MKT).
| t, °S | μ 10 6 , Pa s | ν 10 6, m 2 / s | t, °S | μ 10 6 , Pa s | ν 10 6, m 2 / s | t, °S | μ 10 6 , Pa s | ν 10 6, m 2 / s |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 14,6 | 9,23 | 70 | 20,6 | 20,02 | 350 | 31,4 | 55,46 |
| -45 | 14,9 | 9,64 | 80 | 21,1 | 21,09 | 400 | 33 | 63,09 |
| -40 | 15,2 | 10,04 | 90 | 21,5 | 22,1 | 450 | 34,6 | 69,28 |
| -35 | 15,5 | 10,42 | 100 | 21,9 | 23,13 | 500 | 36,2 | 79,38 |
| -30 | 15,7 | 10,8 | 110 | 22,4 | 24,3 | 550 | 37,7 | 88,14 |
| -25 | 16 | 11,21 | 120 | 22,8 | 25,45 | 600 | 39,1 | 96,89 |
| -20 | 16,2 | 11,61 | 130 | 23,3 | 26,63 | 650 | 40,5 | 106,15 |
| -15 | 16,5 | 12,02 | 140 | 23,7 | 27,8 | 700 | 41,8 | 115,4 |
| -10 | 16,7 | 12,43 | 150 | 24,1 | 28,95 | 750 | 43,1 | 125,1 |
| -5 | 17 | 12,86 | 160 | 24,5 | 30,09 | 800 | 44,3 | 134,8 |
| 0 | 17,2 | 13,28 | 170 | 24,9 | 31,29 | 850 | 45,5 | 145 |
| 10 | 17,6 | 14,16 | 180 | 25,3 | 32,49 | 900 | 46,7 | 155,1 |
| 15 | 17,9 | 14,61 | 190 | 25,7 | 33,67 | 950 | 47,9 | 166,1 |
| 20 | 18,1 | 15,06 | 200 | 26 | 34,85 | 1000 | 49 | 177,1 |
| 30 | 18,6 | 16 | 225 | 26,7 | 37,73 | 1050 | 50,1 | 188,2 |
| 40 | 19,1 | 16,96 | 250 | 27,4 | 40,61 | 1100 | 51,2 | 199,3 |
| 50 | 19,6 | 17,95 | 300 | 29,7 | 48,33 | 1150 | 52,4 | 216,5 |
| 60 | 20,1 | 18,97 | 325 | 30,6 | 51,9 | 1200 | 53,5 | 233,7 |
Napomena: Budite oprezni! Viskoznost zraka dana je na potenciju 10 6 .
Specifični toplinski kapacitet zraka na temperaturama od -50 do 1200°S
Prikazana je tablica specifičnog toplinskog kapaciteta zraka pri različitim temperaturama. Toplinski kapacitet u tablici dan je pri konstantnom tlaku (izobarni toplinski kapacitet zraka) u temperaturnom području od minus 50 do 1200°C za suhi zrak. Koliki je specifični toplinski kapacitet zraka? Vrijednost specifičnog toplinskog kapaciteta određuje količinu topline koja se mora dovesti do jednog kilograma zraka pri konstantnom tlaku da bi se njegova temperatura povećala za 1 stupanj. Na primjer, pri 20°C, za zagrijavanje 1 kg ovog plina za 1°C u izobarnom procesu, potrebno je 1005 J topline.
Specifični toplinski kapacitet zraka raste s porastom njegove temperature. Međutim, ovisnost masenog toplinskog kapaciteta zraka o temperaturi nije linearna. U rasponu od -50 do 120°C, njegova se vrijednost praktički ne mijenja - u tim uvjetima prosječni toplinski kapacitet zraka iznosi 1010 J/(kg deg). Prema tablici se može vidjeti da temperatura počinje imati značajan utjecaj od vrijednosti od 130°C. Međutim, temperatura zraka mnogo slabije utječe na njegov specifični toplinski kapacitet nego na viskoznost. Dakle, kada se zagrije od 0 do 1200°C, toplinski kapacitet zraka povećava se samo 1,2 puta - od 1005 do 1210 J/(kg deg).
Treba napomenuti da je toplinski kapacitet vlažnog zraka veći od suhog zraka. Ako usporedimo zrak, vidljivo je da voda ima veću vrijednost, a sadržaj vode u zraku dovodi do povećanja specifične topline.
| t, °S | C p, J/(kg deg) | t, °S | C p, J/(kg deg) | t, °S | C p, J/(kg deg) | t, °S | C p, J/(kg deg) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1013 | 20 | 1005 | 150 | 1015 | 600 | 1114 |
| -45 | 1013 | 30 | 1005 | 160 | 1017 | 650 | 1125 |
| -40 | 1013 | 40 | 1005 | 170 | 1020 | 700 | 1135 |
| -35 | 1013 | 50 | 1005 | 180 | 1022 | 750 | 1146 |
| -30 | 1013 | 60 | 1005 | 190 | 1024 | 800 | 1156 |
| -25 | 1011 | 70 | 1009 | 200 | 1026 | 850 | 1164 |
| -20 | 1009 | 80 | 1009 | 250 | 1037 | 900 | 1172 |
| -15 | 1009 | 90 | 1009 | 300 | 1047 | 950 | 1179 |
| -10 | 1009 | 100 | 1009 | 350 | 1058 | 1000 | 1185 |
| -5 | 1007 | 110 | 1009 | 400 | 1068 | 1050 | 1191 |
| 0 | 1005 | 120 | 1009 | 450 | 1081 | 1100 | 1197 |
| 10 | 1005 | 130 | 1011 | 500 | 1093 | 1150 | 1204 |
| 15 | 1005 | 140 | 1013 | 550 | 1104 | 1200 | 1210 |
Toplinska vodljivost, toplinska difuznost, Prandtlov broj zraka
Tablica prikazuje takva fizikalna svojstva atmosferskog zraka kao što su toplinska vodljivost, toplinska difuznost i njegov Prandtlov broj ovisno o temperaturi. Termofizička svojstva zraka dana su u rasponu od -50 do 1200°C za suhi zrak. Prema tablici vidljivo je da navedena svojstva zraka značajno ovise o temperaturi, a temperaturna ovisnost razmatranih svojstava ovog plina je različita.
Što je potrebno za promjenu temperature radnog fluida, u ovom slučaju zraka, za jedan stupanj. Toplinski kapacitet zraka izravno ovisi o temperaturi i tlaku. Međutim, za istraživanje različiti tipovi mogu se koristiti toplinski kapaciteti razne metode.
Matematički, toplinski kapacitet zraka izražava se kao omjer količine topline i porasta njegove temperature. Toplinski kapacitet tijela mase 1 kg naziva se specifična toplina. Molarni toplinski kapacitet zraka je toplinski kapacitet jednog mola tvari. Označen je toplinski kapacitet - J / K. Molarni toplinski kapacitet, J / (mol * K).
Toplinski kapacitet se može smatrati fizičkom karakteristikom tvari, u ovom slučaju zraka, ako se mjerenje provodi u stalni uvjeti. Najčešće se takva mjerenja provode pri konstantnom tlaku. Tako se određuje izobarni toplinski kapacitet zraka. Povećava se s povećanjem temperature i tlaka, a također je linearna funkcija ovih veličina. U ovom slučaju, promjena temperature događa se pri konstantnom tlaku. Za izračun izobarnog toplinskog kapaciteta potrebno je odrediti pseudokritičnu temperaturu i tlak. Određuje se pomoću referentnih podataka.
Toplinski kapacitet zraka. Osobitosti
Zrak je plinska smjesa. Pri njihovom razmatranju u termodinamici, napravljene su sljedeće pretpostavke. Svaki plin u smjesi mora biti ravnomjerno raspoređen po cijelom volumenu. Dakle, volumen plina jednak je volumenu cijele smjese. Svaki plin u smjesi ima svoj parcijalni tlak, kojim djeluje na stijenke posude. Svaka od komponenti plinska smjesa treba imati temperaturu jednaku temperaturi cijele smjese. U tom slučaju zbroj parcijalnih tlakova svih komponenata jednak je tlaku smjese. Proračun toplinskog kapaciteta zraka izvodi se na temelju podataka o sastavu plinske smjese i toplinskog kapaciteta pojedinih komponenti.
Toplinski kapacitet dvosmisleno karakterizira tvar. Iz prvog zakona termodinamike možemo zaključiti da unutarnja energija tijela varira ne samo ovisno o količini primljene topline, već i o radu koje tijelo izvrši. Na raznim uvjetima tijekom procesa prijenosa topline, rad tijela može varirati. Dakle, ista količina topline priopćena tijelu može uzrokovati promjene temperature i unutarnje energije tijela koje su različite vrijednosti. Ova značajka je karakteristična samo za plinovite tvari. Za razliku od tvrdih i tečna tijela, plinovite tvari, mogu jako mijenjati volumen i obavljati rad. Zato toplinski kapacitet zraka određuje prirodu samog termodinamičkog procesa.
Međutim, pri konstantnom volumenu, zrak ne radi. Stoga je promjena unutarnje energije proporcionalna promjeni njegove temperature. Omjer toplinskog kapaciteta u procesu konstantnog tlaka i toplinskog kapaciteta u procesu konstantnog volumena dio je formule adijabatskog procesa. Označava se grčkim slovom gama.
Iz povijesti
Pojmovi "toplinski kapacitet" i "količina topline" ne opisuju najbolje njihovu bit. To je zbog činjenice da su u modernu znanost došli iz teorije kalorija, koja je bila popularna u osamnaestom stoljeću. Sljedbenici ove teorije smatrali su toplinu nekom vrstom nemjerljive tvari sadržane u tijelima. Ova tvar se ne može niti uništiti niti stvoriti. Hlađenje, odnosno zagrijavanje tijela objašnjava se smanjenjem, odnosno povećanjem kalorijskog sadržaja. S vremenom je ova teorija prepoznata kao neodrživa. Nije znala objasniti zašto se ista promjena unutarnje energije tijela dobiva kada mu se predaju različite količine topline, a ovisi i o radu koje tijelo izvrši.