Umiditatea aerului. Capacitatea termică și entalpia aerului
Aerul atmosferic este un amestec de aer uscat și vapori de apă (de la 0,2% la 2,6%). Astfel, aerul poate fi aproape întotdeauna considerat umed.
Se numește amestecul mecanic de aer uscat și vapori de apă aer umed sau un amestec aer-abur. Conținutul maxim posibil de umiditate vaporoasă din aer m p.n. depinde de temperatura t si presiune P amestecuri. La schimbare tŞi P aerul poate trece de la nesaturat inițial la o stare de saturație cu vapori de apă, iar apoi excesul de umiditate va începe să precipite în volumul de gaz și pe suprafețele înconjurătoare sub formă de ceață, îngheț sau zăpadă.
Principalii parametri care caracterizează starea aerului umed sunt: temperatura, presiunea, volumul specific, conținutul de umiditate, umiditatea absolută și relativă, greutatea moleculară, constanta gazului, capacitatea termică și entalpia.
Conform legii lui Dalton pentru amestecurile de gaze presiunea totală a aerului umed (P) este suma presiunilor parțiale ale aerului uscat P c și vaporilor de apă P p: P = P c + P p.
În mod similar, volumul V și masa m de aer umed vor fi determinate de relațiile:
V = V c + V p, m = m c + m p.
DensitateŞi volum specific de aer umed (v) definit:
Greutatea moleculară a aerului umed:
unde B este presiunea barometrică.
Deoarece umiditatea aerului crește continuu în timpul procesului de uscare, iar cantitatea de aer uscat din amestecul de abur-aer rămâne constantă, procesul de uscare este judecat după cum se modifică cantitatea de vapori de apă per 1 kg de aer uscat și toți indicatorii amestecul abur-aer (capacitatea termică, conținutul de umiditate, entalpie și etc.) se referă la 1 kg de aer uscat situat în aer umed.
d = m p / m c, g/kg sau, X = m p / m c.
Umiditatea absolută a aerului- masa de abur in 1 m 3 de aer umed. Această valoare este numeric egală cu .
Umiditatea relativa a aerului - este raportul dintre umiditatea absolută a aerului nesaturat și umiditatea absolută a aerului saturat în condiții date:
aici, dar mai des umiditatea relativă este specificată ca procent.
Pentru densitatea aerului umed este valabilă următoarea relație:
Căldura specifică aer umed:
c = c c + c p ×d/1000 = c c + c p ×X, kJ/(kg× °C),
unde c c este capacitatea termică specifică a aerului uscat, c c = 1,0;
c p - capacitatea termică specifică a aburului; cu n = 1,8.
Capacitatea termică a aerului uscat la presiune constantă și intervale mici de temperatură (până la 100 o C) pentru calcule aproximative poate fi considerată constantă, egală cu 1,0048 kJ/(kg × °C). Pentru aburul supraîncălzit, capacitatea medie de căldură izobară la presiunea atmosferică și grade scăzute de supraîncălzire poate fi de asemenea considerată constantă și egală cu 1,96 kJ/(kg×K).
Entalpia (i) a aerului umed- acesta este unul dintre principalii săi parametri, care este utilizat pe scară largă în calculele instalațiilor de uscare, în principal pentru a determina căldura consumată la evaporarea umidității din materialele care se usucă. Entalpia aerului umed se referă la un kilogram de aer uscat într-un amestec abur-aer și se determină ca suma entalpiilor aerului uscat și vaporilor de apă, adică
i = i c + i p ×Х, kJ/kg.
La calcularea entalpiei amestecurilor, punctul de pornire pentru entalpiile fiecărei componente trebuie să fie același. Pentru calculele aerului umed, putem presupune că entalpia apei este zero la 0 o C, apoi numărăm și entalpia aerului uscat de la 0 o C, adică i in = c în *t = 1,0048t.
Federația Rusă Protocolul standardului de stat al URSS
GSSSD 8-79 Aer lichid și gazos. Densitatea, entalpia, entropia și capacitatea termică izobară la temperaturi 70-1500 K și presiuni 0,1-100 MPa
setați marcaj
setați marcaj
SERVICIUL DE STAT DE DATE DE REFERINȚĂ STANDARD
Tabelele standard de date de referință
AERUL ESTE LICHID ȘI GAZ. DENSITATE, ENTALPIE, ENTROPIE ȘI CAPACITATE DE CĂLDURĂ ISOBARICĂ LA TEMPERATURILE 70-1500 K ȘI PRESIUNI 0,1-100 MPa
Tabele de date de referință standard
Aer lichid și gazos Densitatea, entalpia, entropia și capacitatea termică izobară la temperaturi de la 70 la 1500 K și presiuni de la 0,1 la 100 MPa
DEZVOLTATĂ de Institutul de Cercetare Științifică al Serviciului Metrologic al Întreaga Uniune, Institutul de Ingineri Marini din Odesa, Ordinul din Moscova al Institutului Energetic Lenin
RECOMANDAT PENTRU APROBARE de către Comitetul național sovietic pentru colectarea și evaluarea datelor numerice în domeniul științei și tehnologiei Prezidiului Academiei de Științe a URSS; Centrul de Cercetare All-Union al Serviciului de Stat al Datelor Standard de Referință
APROBAT de comisia de experti SSSSD formata din:
Ph.D. tehnologie. Științe N.E. Gnezdilova, doctor în inginerie. Științe I.F Golubeva, Doctor în Chimie. Științe L.V. Gurvich, doctor în inginerie. Ştiinţe B.A. Rabinovich, doctor în inginerie. Științe A.M
PREGĂTIT PENTRU APROBARE de către Centrul de Cercetare Științifică din întreaga Uniune al Serviciului de Stat al Datelor Standard de Referință
Utilizarea datelor standard de referință este obligatorie în toate sectoarele economiei naționale
Aceste tabele conțin cele mai practice valori ale densității, entalpiei, entropiei și capacității termice izobare a aerului lichid și gazos.
Calculul tabelelor se bazează pe următoarele principii:
1. Ecuația de stare, care afișează cu mare precizie date experimentale fiabile privind dependența , , -, poate oferi un calcul fiabil al proprietăților calorice și acustice folosind relații termodinamice cunoscute.
2. Medierea coeficienților unui număr mare de ecuații de stare, echivalente în ceea ce privește acuratețea descrierii informațiilor inițiale, ne permite să obținem o ecuație care să reflecte întreaga suprafață termodinamică (pentru un set selectat de date experimentale dintre ecuațiile tip acceptat). O astfel de mediere face posibilă estimarea posibilei erori aleatorii în valorile calculate ale cantităților termice, calorice și acustice, fără a lua în considerare influența erorii sistematice a datelor experimentale, , - și eroarea cauzată de alegerea forma ecuației de stare.
Ecuația medie a stării aerului lichid și gazos are forma
Unde; ; .
Ecuația este compilată pe baza celor mai fiabile valori experimentale ale densității obținute în lucrări și care acoperă intervalul de temperatură de 65-873 K și presiuni de 0,01-228 MPa. Datele experimentale sunt descrise printr-o ecuație cu o eroare pătratică medie de 0,11%. Coeficienții ecuației medii de stare au fost obținuți ca urmare a prelucrării unui sistem de 53 de ecuații care sunt echivalente ca acuratețe cu descrierea datelor experimentale. În calcule s-au luat următoarele valori ale constantei gazului și ale parametrilor critici: 287,1 J/(kg K); 132,5 K; 0,00316 m/kg.
Coeficienții ecuației stării medii a aerului:
Entalpia, entropia și capacitatea termică izobară au fost determinate folosind formulele
Unde , , sunt entalpia, entropia și capacitatea termică izocoră în starea de gaz ideal. Valorile și sunt determinate din relații
Unde și sunt entalpia și entropia la temperatură; - caldura de sublimare la 0 K; - constantă (0 în această lucrare).
Valoarea căldurii de sublimare a aerului a fost calculată pe baza datelor privind căldura de sublimare a componentelor sale și este egală cu 253,4 kJ/kg (în calcule s-a presupus că aerul nu conține CO și este format din 78,11% N, 20,96% O și 0,93% Ar în volum). Valorile entalpiei și entropiei la o temperatură de 100 K, care este un punct de referință auxiliar la integrarea ecuației pentru , sunt, respectiv, 3,48115 kJ/kg și respectiv 20,0824 kJ/(kg K).
Capacitatea termică izobară în starea de gaz ideală este împrumutată din lucrare și aproximată printr-un polinom
Eroarea pătratică medie de aproximare a datelor inițiale în intervalul de temperatură 50-2000 K este de 0,009%, maximul este de aproximativ 0,02%.
Erorile aleatorii ale valorilor calculate sunt calculate cu o probabilitate de încredere de 0,997 folosind formula
Unde este valoarea medie a funcției termodinamice; - valoarea aceleiași funcții obținută prin ecuația a doua dintr-un sistem care conține ecuații.
Tabelele 1-4 prezintă valorile funcțiilor termodinamice ale aerului, iar tabelele 5-8 prezintă erorile aleatoare corespunzătoare. Valorile de eroare din tabelele 5-8 sunt prezentate pentru o parte din izobare, iar valorile pentru izobarele intermediare pot fi obținute cu o precizie acceptabilă prin interpolare liniară. Erorile aleatorii în valorile calculate reflectă răspândirea acestora din urmă în raport cu ecuația medie de stare; pentru densitate, acestea sunt semnificativ mai mici decât eroarea pătratică medie în descrierea matricei originale de date experimentale, care servește ca o estimare integrală și include abateri mari pentru unele date caracterizate prin împrăștiere.
Tabelul 1
Densitatea aerului
Continuare
Kg/m, la , MPa, |
|||||||||||
Tabelul 2
Entalpia aerului
Continuare
KJ/kg, la , MPa, |
|||||||||||
Tabelul 3
Entropia aerului
Continuare
KJ/(kg, K), la , MPa, |
|||||||||||
Tabelul 4
Capacitatea termică izobară a aerului
________________
* Textul documentului corespunde cu originalul. - Nota producătorului bazei de date.
Continuare
KJ/(kg, K), la , MPa, |
|||||||||||
Tabelul 5. Erori pătrate medii aleatoare ale valorilor densității calculate
, %, la , MPa |
|||||||||||||
Tabelul 6. Erorile aleatoare ale valorilor entalpiei calculate
KJ/kg, la , MPa |
||||||||||||||||
Datorită utilizării formei viriale a ecuației de stare, tabelele nu pretind a fi descriere exacta proprietăți termodinamice în vecinătatea punctului critic (126-139 K, 190-440 kg/m).
Informații despre studiile experimentale ale proprietăților termodinamice ale aerului, metode de compilare a ecuației de stare și tabele de calcul, consistența valorilor calculate cu datele experimentale, precum și tabele mai detaliate care conțin informații suplimentare despre capacitatea de căldură izocoră, viteza sunetului, în lucrare sunt date căldura de evaporare, efectul de accelerație, unele derivate și proprietăți asupra curbelor de fierbere și condensare.
REFERINȚE
1. Nolborn L., Schultre N. die Druckwage und die Isothermen von Luft, Argon und Helium Zwischen 0 și 200 °C. - Ann. Fiz. 1915 m, Bd 47, N 16, S.1089-1111.
2. Michels A., Wassenaar T., Van Seventer W. Izoterme ale aerului între 0 °C și 75 °C și la presiuni de până la 2200 atm. -Appl. Sci. Res., 1953, voi. 4, nr. 1, p.52-56.
3. Izoterme de compresibilitate ale aerului la temperaturi cuprinse între -25 °C și -155 °C și la densități de până la 560 Amagats (Presiuni până la 1000 atmosfere) / Michels A.. Wassenaar T., Levelt J.M., De Graaff W. - Appl . Sci. Res., 1954, voi. A 4, N 5-6, p.381-392.
4. Studiu experimental al volumelor de aer specifice/Vukalovich M.P., Zubarev V.N., Aleksandrov A.A., Kozlov A.D. - Inginerie termică, 1968, N 1, p. 70-73.
5. Romberg N. Neue Messungen der thermischen ler Luft bei tiefen Temperaturen și die Berechnung der kalorischen mit Hilfe des Kihara-Potentials. - VDl-Vorschungsheft, 1971, - N 543, S.1-35.
6. Blanke W. Messung der thermischen von Luft im Zweiphasengebiet und Seiner Umgebung. Teza zur Erlangung des Grades eines Doctor-Ingenieurs/. Bohum., 1973.
7. Măsurarea densității aerului la temperaturi de 78-190 K până la o presiune de 600 bar / Wasserman A.A., Golovsky E.A., Mitsevich E.P., Tsymarny V.A., M., 1975. (Depozit în VINITI 28.07 .76-7 N 28.07 .76).
8. Landolt N., R. Zahlenwerte und Funktionen aus Physik, Chemie, Astronomic, Geophysik und Technik. Berlin., Springer Verlag, 1961, Bd.2.
9. Tabele de proprietăți termice ale gazelor. Wachington, guvernator. tipar, off., 1955, XI. (Departamentul de comerț al SUA. BNS. Girc. 564).
10. Proprietățile termodinamice ale aerului/Sychev V.V., Wasserman A.A., Kozlov A.D. şi alţii M., Editura Standarde, 1978.
Lucrare de laborator nr 1
Definiţia mass isobar
capacitatea termică a aerului
Capacitatea termică este căldura care trebuie adăugată unei cantități unitare de substanță pentru a o încălzi cu 1 K. O cantitate unitară de substanță poate fi măsurată în kilograme, metri cubi în condiții fizice normale și kilomoli. Un kilomol de gaz este masa unui gaz exprimată în kilograme, egală numeric cu greutatea sa moleculară. Astfel, există trei tipuri de capacități termice: masa c, J/(kg⋅K); volumetric s′, J/(m3⋅K) și molar, J/(kmol⋅K). Deoarece un kilomol de gaz are o masă de μ ori mai mare decât un kilogram, nu este introdusă o denumire separată pentru capacitatea de căldură molară. Relatii intre capacitatile termice:
unde = 22,4 m3/kmol este volumul unui kilomol de gaz ideal în condiții fizice normale; – densitatea gazului în condiții fizice normale, kg/m3.
Capacitatea termică reală a unui gaz este derivata căldurii în raport cu temperatura:
Căldura furnizată gazului depinde de procesul termodinamic. Poate fi determinat prin prima lege a termodinamicii pentru procesele izocorice și izobare:
Iată căldura furnizată la 1 kg de gaz într-un proces izobaric; – modificarea energiei interne a gazului; – lucrul gazelor împotriva forțelor externe.
În esență, formula (4) formulează prima lege a termodinamicii, din care rezultă ecuația lui Mayer:
Dacă punem = 1 K, atunci, adică sensul fizic al constantei de gaz este munca efectuată de 1 kg de gaz într-un proces izobaric atunci când temperatura acestuia se modifică cu 1 K.
Ecuația lui Mayer pentru 1 kilomol de gaz are forma
unde = 8314 J/(kmol⋅K) este constanta universală a gazului.
În plus față de ecuația Mayer, capacitățile termice izobare și izocorice ale gazelor sunt legate între ele prin exponentul adiabatic k (Tabelul 1):
Tabelul 1.1
Valorile exponenților adiabatici pentru gazele ideale
Atomicitatea gazelor | |
Gaze monoatomice | |
Gaze diatomice | |
Gaze tri- și poliatomice |
SCOPUL LUCRĂRII
Consolidare cunoștințe teoretice conform legilor de bază ale termodinamicii. Dezvoltarea practică a metodei de determinare a capacității termice a aerului pe baza bilanţului energetic.
Determinarea experimentală a capacității termice specifice masei aerului și compararea rezultatului obținut cu valoarea de referință.
1.1. Descrierea configurației laboratorului
Instalația (Fig. 1.1) constă dintr-o țeavă de alamă 1 cu diametrul interior d =
= 0,022 m, la capatul caruia se afla un incalzitor electric cu izolatie termica 10. In interiorul conductei se deplaseaza un debit de aer, care este alimentat 3. Debitul de aer poate fi reglat prin modificarea turatiei ventilatorului. Conducta 1 conține un tub de presiune completă 4 și presiune statică în exces 5, care sunt conectate la manometrele 6 și 7. În plus, un termocuplu 8 este instalat în conducta 1, care se poate deplasa de-a lungul secțiunii transversale simultan cu tubul de presiune complet. Mărimea emf a termocuplului este determinată de potențiometrul 9. Încălzirea aerului care se deplasează prin țeavă este reglată folosind un autotransformator de laborator 12 prin modificarea puterii încălzitorului, care este determinată de citirile ampermetrului 14 și voltmetrului 13. Temperatura aerului la ieșirea încălzitorului este determinată de termometrul 15.
1.2. PROCEDURA EXPERIMENTALA
Debitul de căldură al încălzitorului, W:
unde I – curent, A; U – tensiune, V; = 0,96; =
= 0,94 – coeficient de pierdere de căldură.
Fig.1.1. Diagrama de configurare experimentală:
1 – conductă; 2 – confuz; 3 – ventilator; 4 – tub pentru măsurarea presiunii dinamice;
5 – conductă; 6, 7 – manometre diferenţiale; 8 – termocuplu; 9 – potențiometru; 10 – izolație;
11 – încălzitor electric; 12 – autotransformator de laborator; 13 – voltmetru;
14 – ampermetru; 15 – termometru
Fluxul de căldură absorbit de aer, W:
unde m – debitul masic de aer, kg/s; – experimentală, capacitatea termică izobară de masă a aerului, J/(kg K); – temperatura aerului la iesirea din sectia de incalzire si la intrarea in aceasta, °C.
Debitul masic de aer, kg/s:
. (1.10)
Iată viteza medie a aerului în conductă, m/s; d – diametrul interior al conductei, m; – densitatea aerului la temperatura, care se gaseste prin formula, kg/m3:
, (1.11)
unde = 1,293 kg/m3 – densitatea aerului în condiții fizice normale; B – presiune, mm. rt. Sf; – exces de presiune statică a aerului în conductă, mm. apă Artă.
Vitezele aerului sunt determinate de presiunea dinamică în patru secțiuni egale, m/s:
unde este presiunea dinamică, mm. apă Artă. (kgf/m2); g = 9,81 m/s2 – accelerație de cădere liberă.
Viteza medie a aerului în secțiunea transversală a conductei, m/s:
Capacitatea termică medie izobară a aerului este determinată din formula (1.9), în care fluxul de căldură este substituit din ecuația (1.8). Valoarea exactă a capacității termice a aerului la temperatura medie a aerului se găsește din tabelul capacităților termice medii sau din formula empirică, J/(kg⋅K):
. (1.14)
Eroare relativă a experimentului, %:
. (1.15)
1.3. Efectuarea experimentului și prelucrarea
rezultatele măsurătorilor
Experimentul se desfășoară în următoarea secvență.
1. Standul de laborator este pornit și după stabilirea unui mod staționar, se fac următoarele citiri:
Presiunea dinamică a aerului în patru puncte ale secțiunilor de conducte egale;
Presiune statică excesivă a aerului în conductă;
Curentul I, A și tensiunea U, V;
Temperatura aerului de intrare, °C (termocuplu 8);
Temperatura de iesire, °C (termometru 15);
Presiunea barometrică B, mm. rt. Artă.
Experimentul se repetă pentru următorul mod. Rezultatele măsurătorilor sunt introduse în Tabelul 1.2. Calculele sunt efectuate în tabel. 1.3.
Tabelul 1.2
Masa de masura
Denumirea cantității | |||
Temperatura aerului de intrare, °C | |||
Temperatura aerului de evacuare, °C |
|||
Presiunea dinamică a aerului, mm. apă Artă. | |||
Presiune statică excesivă a aerului, mm. apă Artă. |
|||
Presiunea barometrică B, mm. rt. Artă. |
|||
Tensiunea U, V |
Tabelul 1.3
Tabel de calcul
Denumirea cantităților |
|
|||
Presiune dinamică, N/m2 | ||||
Temperatura medie pe tur la intrare, °C |
Sunt luate în considerare proprietățile fizice de bază ale aerului: densitatea aerului, vâscozitatea sa dinamică și cinematică, capacitatea termică specifică, conductibilitatea termică, difuzibilitatea termică, numărul Prandtl și entropia. Proprietățile aerului sunt date în tabele în funcție de temperatura la presiunea atmosferică normală.
Densitatea aerului in functie de temperatura
Este prezentat un tabel detaliat al valorilor densității aerului uscat la diferite temperaturi și presiunea atmosferică normală. Care este densitatea aerului? Densitatea aerului poate fi determinată analitic prin împărțirea masei sale la volumul pe care îl ocupă.în condiții date (presiune, temperatură și umiditate). De asemenea, puteți calcula densitatea acestuia folosind formula ecuației de stare a gazului ideal. Pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți presiunea absolută și temperatura aerului, precum și constanta de gaz și volumul molar al acestuia. Această ecuație vă permite să calculați densitatea uscată a aerului.
În practică, pentru a afla care este densitatea aerului la diferite temperaturi, este convenabil să folosiți mese gata făcute. De exemplu, tabelul de mai jos arată densitatea aerului atmosferic în funcție de temperatura acestuia. Densitatea aerului din tabel este exprimată în kilograme per metru cubși este dat în intervalul de temperatură de la minus 50 la 1200 de grade Celsius la presiunea atmosferică normală (101325 Pa).
| t, °С | ρ, kg/m 3 | t, °С | ρ, kg/m 3 | t, °С | ρ, kg/m 3 | t, °С | 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 |
La 25°C, aerul are o densitate de 1,185 kg/m3. Când este încălzit, densitatea aerului scade - aerul se extinde (volumul său specific crește). Odată cu creșterea temperaturii, de exemplu, la 1200°C, se obține o densitate foarte scăzută a aerului, egală cu 0,239 kg/m 3 , care este de 5 ori mai mică decât valoarea sa la temperatura camerei. În general, reducerea în timpul încălzirii permite să aibă loc un proces precum convecția naturală și este utilizată, de exemplu, în aeronautică.
Dacă comparăm densitatea aerului în raport cu , atunci aerul este cu trei ordine de mărime mai ușor - la o temperatură de 4°C, densitatea apei este de 1000 kg/m3, iar densitatea aerului este de 1,27 kg/m3. De asemenea, este necesar să se noteze valoarea densității aerului în condiții normale. Condițiile normale pentru gaze sunt cele la care temperatura lor este de 0°C și presiunea este egală cu presiunea atmosferică normală. Astfel, conform tabelului, densitatea aerului în condiții normale (la NL) este de 1,293 kg/m 3.
Vâscozitatea dinamică și cinematică a aerului la diferite temperaturi
La efectuarea calculelor termice este necesar să se cunoască valoarea vâscozității aerului (coeficientul de vâscozitate) la diferite temperaturi. Această valoare este necesară pentru a calcula numerele Reynolds, Grashof și Rayleigh, ale căror valori determină regimul de curgere al acestui gaz. Tabelul prezintă valorile coeficienților dinamici μ și cinematice ν vâscozitatea aerului în intervalul de temperatură de la -50 la 1200°C la presiunea atmosferică.
Coeficientul de vâscozitate al aerului crește semnificativ odată cu creșterea temperaturii. De exemplu, vâscozitatea cinematică a aerului este egală cu 15,06 10 -6 m 2 /s la o temperatură de 20°C, iar cu o creștere a temperaturii la 1200°C, vâscozitatea aerului devine egală cu 233,7 10 -6 m. 2 /s, adică crește de 15,5 ori! Vâscozitatea dinamică a aerului la o temperatură de 20°C este de 18,1·10 -6 Pa·s.
Când aerul este încălzit, valorile vâscozității cinematice și dinamice cresc. Aceste două mărimi sunt legate între ele prin densitatea aerului, a cărei valoare scade atunci când acest gaz este încălzit. O creștere a vâscozității cinematice și dinamice a aerului (precum și a altor gaze) atunci când este încălzit este asociată cu o vibrație mai intensă a moleculelor de aer în jurul stării lor de echilibru (conform MKT).
| t, °С | μ·106, Pa·s | v·106, m2/s | t, °С | μ·106, Pa·s | v·106, m2/s | t, °С | μ·106, Pa·s | v·106, m2/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 |
Notă: Fii atent! Vâscozitatea aerului este dată puterii lui 10 6 .
Capacitate termică specifică a aerului la temperaturi de la -50 la 1200°C
Este prezentat un tabel cu capacitatea termică specifică a aerului la diferite temperaturi. Capacitatea termică din tabel este dată la presiune constantă (capacitatea termică izobară a aerului) în intervalul de temperatură de la minus 50 la 1200°C pentru aerul în stare uscată. Care este capacitatea termică specifică a aerului? Capacitatea termică specifică determină cantitatea de căldură care trebuie furnizată unui kilogram de aer la presiune constantă pentru a-i crește temperatura cu 1 grad. De exemplu, la 20°C, pentru a încălzi 1 kg din acest gaz cu 1°C într-un proces izobaric, sunt necesari 1005 J de căldură.
Capacitatea termică specifică a aerului crește odată cu creșterea temperaturii. Cu toate acestea, dependența capacității de căldură în masă a aerului de temperatură nu este liniară. În intervalul de la -50 la 120°C, valoarea sa practic nu se modifică - în aceste condiții, capacitatea medie de căldură a aerului este de 1010 J/(kg deg). Conform tabelului, se poate observa că temperatura începe să aibă un efect semnificativ de la o valoare de 130°C. Cu toate acestea, temperatura aerului îi afectează capacitatea termică specifică mult mai puțin decât vâscozitatea. Astfel, atunci când este încălzit de la 0 la 1200°C, capacitatea de căldură a aerului crește de numai 1,2 ori - de la 1005 la 1210 J/(kg grade).
De remarcat faptul că capacitatea termică a aerului umed este mai mare decât cea a aerului uscat. Dacă comparăm aerul, este evident că apa are o valoare mai mare, iar conținutul de apă din aer duce la creșterea capacității termice specifice.
| t, °С | C p , J/(kg grade) | t, °С | C p , J/(kg grade) | t, °С | C p , J/(kg grade) | t, °С | C p , J/(kg grade) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -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 |
Conductivitate termică, difuzivitate termică, numărul Prandtl de aer
Tabelul prezintă proprietăți fizice ale aerului atmosferic precum conductivitatea termică, difuzibilitatea termică și numărul lui Prandtl în funcție de temperatură. Proprietățile termofizice ale aerului sunt date în intervalul de la -50 la 1200°C pentru aerul uscat. Conform tabelului, se poate observa că proprietățile indicate ale aerului depind în mod semnificativ de temperatură, iar dependența de temperatură a proprietăților considerate ale acestui gaz este diferită.
Ceea ce este necesar pentru a schimba temperatura fluidului de lucru, în acest caz, a aerului, cu un grad. Capacitatea termică a aerului depinde direct de temperatură și presiune. În același timp, pentru cercetare diferite tipuri pot fi utilizate capacități termice diverse metode.
Matematic, capacitatea de căldură a aerului este exprimată ca raport dintre cantitatea de căldură și creșterea temperaturii sale. Capacitatea termică a unui corp cu masa de 1 kg se numește de obicei căldură specifică. Capacitatea termică molară a aerului este capacitatea termică a unui mol dintr-o substanță. Capacitatea termică este desemnată J/K. Capacitatea termică molară, respectiv, J/(mol*K).
Capacitatea termică poate fi considerată o caracteristică fizică a unei substanțe, în acest caz aerul, dacă măsurarea este efectuată în conditii constante. Cel mai adesea, astfel de măsurători sunt efectuate la presiune constantă. Astfel se determină capacitatea termică izobară a aerului. Crește odată cu creșterea temperaturii și presiunii și este, de asemenea, o funcție liniară a acestor cantități. În acest caz, schimbarea temperaturii are loc la presiune constantă. Pentru a calcula capacitatea termică izobară, este necesar să se determine temperatura și presiunea pseudocritică. Se determină folosind date de referință.
Capacitatea termică a aerului. Particularități
Aerul este un amestec de gaze. Când le luăm în considerare în termodinamică, se fac următoarele ipoteze. Fiecare gaz din amestec trebuie distribuit uniform pe tot volumul. Astfel, volumul de gaz este egal cu volumul întregului amestec. Fiecare gaz din amestec are propria sa presiune parțială, pe care o exercită pe pereții vasului. Fiecare dintre componente amestec de gaze trebuie să aibă o temperatură egală cu temperatura întregului amestec. În acest caz, suma presiunilor parțiale ale tuturor componentelor este egală cu presiunea amestecului. Calculul capacității termice a aerului se realizează pe baza datelor privind compoziția amestecului de gaze și capacitatea termică a componentelor individuale.
Capacitatea termică caracterizează în mod ambiguu o substanță. Din prima lege a termodinamicii putem concluziona că energia internă a unui corp se modifică nu numai în funcție de cantitatea de căldură primită, ci și de munca efectuată de corp. La conditii diferite Pe măsură ce procesul de transfer de căldură progresează, activitatea corpului poate varia. Astfel, aceeași cantitate de căldură transmisă corpului poate provoca diferite modificări ale temperaturii și energiei interne a corpului. Această caracteristică este tipică numai pentru substanțele gazoase. Spre deosebire de solidă şi corpuri lichide, substanțe gazoase, pot schimba foarte mult volumul și pot lucra. De aceea, capacitatea termică a aerului determină natura procesului termodinamic în sine.
Cu toate acestea, la volum constant aerul nu funcționează. Prin urmare, modificarea energiei interne este proporțională cu modificarea temperaturii acesteia. Raportul dintre capacitatea termică într-un proces cu presiune constantă și capacitatea termică într-un proces cu volum constant face parte din formula pentru un proces adiabatic. Este notat cu litera greacă gamma.
Din istorie
Termenii „capacitate termică” și „cantitate de căldură” nu descriu foarte bine esența lor. Acest lucru se datorează faptului că au venit la știința modernă din teoria caloricii, care a fost populară în secolul al XVIII-lea. Adepții acestei teorii considerau căldura ca un fel de substanță fără greutate care este conținută în corpuri. Această substanță nu poate fi nici distrusă, nici creată. Răcirea și încălzirea corpurilor s-a explicat prin scăderea sau, respectiv, creșterea conținutului caloric. De-a lungul timpului, această teorie a fost găsită insuportabilă. Ea nu a putut explica de ce aceeași modificare a energiei interne a unui corp se obține atunci când i se transferă diferite cantități de căldură și depinde, de asemenea, de munca efectuată de corp.