Яке необхідне зміни температури робочого тіла, у разі, повітря, на один градус. Теплоємність повітря безпосередньо залежить від температури та тиску. При цьому для дослідження різних видів теплоємності можуть застосовуватись різні методи.

Математично теплоємність повітря виражається як відношення кількості тепла до збільшення його температури. Теплоємність тіла, що має масу 1 кг, прийнято називати питомою. Молярна теплоємність повітря – теплоємність одного молячи речовини. Позначається теплоємність - Дж/К. Молярна теплоємність відповідно Дж/(моль*К).

Теплоємність можна вважати фізичною характеристикою будь-якої речовини, у разі повітря, у разі, якщо вимір проводиться у постійних умовах. Найчастіше такі вимірювання проводяться при постійному тиску. Так визначається ізобарна теплоємність повітря. Вона зростає зі збільшенням температури і тиску, а також є лінійною функцією даних величин. В цьому випадку зміна температури відбувається при постійному тиску. Для розрахунку ізобарної теплоємності необхідно визначити псевдокритичну температуру та тиск. Вона визначається з допомогою довідкових даних.

Теплоємність повітря. Особливості

Повітря є газовою сумішшю. При розгляді в термодинаміці прийняті такі припущення. Кожен газ у складі суміші має бути рівномірно розподілений по всьому обсягу. Таким чином, обсяг газу дорівнює обсягу всієї суміші. Кожен газ у складі суміші має свій парціальний тиск, який він надає на стінки судини. Кожен із компонентів газової суміші повинен мати температуру, рівну температурі всієї суміші. При цьому сума парціального тиску всіх компонентів дорівнює тиску суміші. Розрахунок теплоємності повітря виконується на основі даних про склад газової суміші та теплоємності окремих компонентів.

Теплоємність неоднозначно характеризує речовину. З першого закону термодинаміки можна дійти невтішного висновку, що внутрішня енергія тіла змінюється у залежність від кількості отриманого тепла, а й від досконалої тілом роботи. За різних умов перебігу процесу теплопередачі робота тіла може різнитися. Таким чином, однакове повідомлене тілу кількість теплоти може викликати різні за значенням зміни температури та внутрішньої енергії тіла. Ця особливість характерна лише для газоподібних речовин. На відміну від твердих і рідких тіл, газоподібні речовини можуть сильно змінювати об'єм і виконувати роботу. Саме тому теплоємність повітря визначає характер самого термодинамічного процесу.

Однак при постійному обсязі повітря не виконує роботи. Тому зміна внутрішньої енергії пропорційно до зміни його температури. Відношення теплоємності в процесі з постійним тиском, теплоємності в процесі з постійним обсягом є частиною формули адіабатного процесу. Воно позначається грецькою літерою гама.

З історії

Терміни «тепломісткість» і «кількість теплоти» не дуже успішно описують свою суть. Пов'язано це з тим, що вони прийшли до сучасної науки з теорії теплороду, яка була популярна у вісімнадцятому столітті. Послідовники цієї теорії розглядали теплоту як якусь невагому речовину, яка міститься в тілах. Ця речовина не може бути знищена, ні створена. Охолодження та нагрівання тіл пояснювали зменшенням або збільшенням вмісту теплороду відповідно. Згодом ця теорія була визнана неспроможною. Вона не могла пояснити, чому однакова зміна внутрішньої енергії будь-якого тіла виходить при передачі йому різної кількості теплоти, а також залежить від роботи, що здійснюється тілом.

ТЕМПЕРАТУРА. Вимірюється як у Кельвінах (К), так і градусах Цельсія (°С). Розмір градуса Цельсія і розмір кельвіна той самий для різниці температур. Співвідношення між температурами:

t = T - 273,15 K,

де t- Температура, °С, T- Температура, K.

ТИСК. Тиск вологого повітря pта його складових вимірюється в Па (Паскаль) та кратних одиницях (кПа, ДПа, МПа).
Барометричний тиск вологого повітря p бдорівнює сумі парціальних тисків сухого повітря p вта водяної пари p п :

p б = p у + p п

ЩІЛЬНІСТЬ. Щільність вологого повітря ρ , кг/м3, являє собою відношення маси повітряно-парової суміші до обсягу цієї суміші:

ρ = M/V = M /V + M п /V

Щільність вологого повітря може визначатися за формулою

ρ = 3,488 p б / T - 1,32 p п / T

ПИТОМА ВАГА. Питома вага вологого повітря γ — це відношення ваги вологого повітря до об'єму, що він займає, Н/м 3 . Щільність та питома вага пов'язані між собою залежністю

ρ = γ /g,

де g- Прискорення вільного падіння, що дорівнює 9.81 м/с 2 .

ВОЛОГІСТЬ ПОВІТРЯ. Зміст у повітрі водяної пари. характеризується двома величинами: абсолютною та відносною вологістю.
Абсолютнавологість повітря. кількість водяної пари, кг або р, що міститься в 1 м3 повітря.
Відноснавологість повітря φ , виражена у % . відношення парціального тиску водяної пари pп, що міститься в повітрі, до парціального тиску водяної пари в повітрі при повному її насиченні водяною парою p п.н. :

φ = (p п/p п.н.) 100%

Парціальний тиск водяної пари в насиченому вологому повітрі може бути визначений з виразу

lg p п.н. = 2,125 + (156 + 8,12t в.н.)/(236 + t в.н.),

де t в.- Температура насиченого вологого повітря, °С.

ТОЧКА РОСИ. Температура, при якій парціальний тиск водяної пари p п, що міститься у вологому повітрі, дорівнює парціальному тиску насиченої водяної пари p п.н.за тієї ж температури. За температури роси починається конденсація вологи з повітря.

d = M п / M в

d = 622p п/(p б - p п) = 6,22φp п.н. (p б - φp п.н. / 100)

ПИТОМА ТЕПЛОЄМНІСТЬ. Питома теплоємність вологого повітря c, кДж/(кг * °С) — це кількість теплоти, необхідної для нагрівання 1 кг суміші сухого повітря та водяної пари на 10 і віднесена до 1 кг сухої частини повітря:

с = с + с п d /1000,

де c в- Середня питома теплоємність сухого повітря, що приймається в інтервалі температур 0-1000С, що дорівнює 1,005 кДж/(кг * °С); з п - середня питома теплоємність водяної пари, що дорівнює 1,8 кДж/(кг * °C). Для практичних розрахунків при проектуванні систем опалення, вентиляції та кондиціонування повітря допускається застосовувати питому теплоємність вологого повітря з = 1,0056 кДж/(кг * °C) (при температурі 0°С та барометричному тиску 1013,3 ГПа)

ПИТАННЯ ЕНТАЛЬПІЯ. Питома ентальпія вологого повітря – це ентальпія I, кДж, віднесена до 1 кг маси сухого повітря:

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

КОЕФІЦІЄНТ ОБ'ЄМНОГО РОЗШИРЕННЯ. Температурний коефіцієнт об'ємного розширення

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

ПАРАМЕТРИ СУМІШІ .
Температура суміші повітря

t см = (M 1 t 1 + M 2 t 2) / (M 1 + M 2)

d см = (M 1 d 1 + M 2 d 2) / (M 1 + M 2)

Питома ентальпія суміші повітря

I см = (M 1 I 1 + M 2 I 2) / (M 1 + M 2)

де M 1 , M 2- маси повітря, що змішується

КЛАСИ ФІЛЬТРІВ

Застосування	Клас очищення					Ступінь очищення
	Стандарти	DIN 24185 DIN 24184	EN 779	EUROVENT 4/5	EN 1882
Фільтр для грубої очистки з невисокими вимогами до чистоти повітря	Грубе очищення	EU1	G1	EU1	—	A%
Фільтр, що застосовується при високій концентрації пилу з грубим очищенням від нього, Кондиціювання повітря та витяжна еентиляція з невисокими вимогами до чистоти повітря в приміщенні.						65
		EU2	G2	EU2	—	80
		EU3	G3	EU3	—	90
		EU4	G4	EU4	—
Сепарування тонкого пилу у вентиляційному устаткуванні, що застосовується у приміщеннях з високими вимогами до шстоти повітря. Фільтр для тонкої фільтрації. Другий ступінь очищення (доочищення) у приміщеннях із середніми вимогами до чистоти повітря.	Тонне очищення	EU5	EU5	EU5	—	E%
						60
		EU6	EU6	EU6	—	80
		EU7	EU7	EU7	—	90
		EU8	EU8	EU8	—	95
		EU9	EU9	EU9	—
Очищення від надтонкого пилу. Застосовується у приміщеннях із підвищеними вимогами до чистоти повітря ("чиста кімната"). Фінішне очищення повітря в приміщеннях з прецизійною технікою, хірургічних блоках, реанімаційних палатах, у фармацевтичній промисловості.	Особливо тонке очищення	—	—	—	EU5	З%
						97
		—	—	—	EU6	99
		—	—	—	EU7	99,99
		—	—	—	EU8	99,999

РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ КАЛОРИФЕРУ

Підігрів, °С
м 3 /год	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
100	0.2	0.3	0.5	0.7	0.8	1.0	1.2	1.4	1.5	1.7
200	0.3	0.7	1.0	1.4	1.7	2.0	2.4	2.7	3.0	3.4
300	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0	3.6	4.1	4.6	5.1
400	0.7	1.4	2.0	2.7	3.4	4.1	4.7	5.4	6.1	6.8
500	0.8	1.7	2.5	3.4	4.2	5.1	5.9	6.8	7.6	8.5
600	1.0	2.0	3.0	4.1	5.1	6.1	7.1	8.1	9.1	10.1
700	1.2	2.4	3.6	4.7	5.9	7.1	8.3	9.5	10.7	11.8
800	1.4	2.7	4.1	5.4	6.8	8.1	9.5	10.8	12.2	13.5
900	1.5	3.0	4.6	6.1	7.6	9.1	10.7	12.2	13.7	15.2
1000	1.7	3.4	5.1	6.8	8.5	10.1	11.8	13.5	15.2	16.9
1100	1.9	3.7	5.6	7.4	9.3	11.2	13.0	14.9	16.7	18.6
1200	2.0	4.1	6.1	8.1	10.1	12.2	14.2	16.2	18.3	20.3
1300	2.2	4.4	6.6	8.8	11.0	13.2	15.4	17.6	19.8	22.0
1400	2.4	4.7	7.1	9.5	11.8	14.2	16.6	18.9	21.3	23.7
1500	2.5	5.1	7.6	10.1	12.7	15.2	17.8	20.3	22.8	25.4
1600	2.7	5.4	8.1	10.8	13.5	16.2	18.9	21.6	24.3	27.1
1700	2.9	5.7	8.6	11.5	14.4	17.2	20.1	23.0	25.9	28.7
1800	3.0	6.1	9.1	12.2	15.2	18.3	21.3	24.3	27.4	30.4
1900	3.2	6.4	9.6	12.8	16.1	19.3	22.5	25.7	28.9	32.1
2000	3.4	6.8	10.1	13.5	16.9	20.3	23.7	27.1	30.4	33.8

СТАНДАРТИ І НОРМАТИВНІ ДОКУМЕНТИ

СНиП 2.01.01-82 - Будівельна кліматологія та геофізика

Інформація про кліматичні умови конкретних територій.

СНиП 2.04.05-91* — Опалення, вентиляція та кондиціювання повітря

Цих будівельних норм слід дотримуватися при проектуванні опалення, вентиляції та кондиціонування повітря в приміщеннях будівель та споруд (далі - будівель). При проектуванні слід також дотримуватися вимог щодо опалення, вентиляції та кондиціювання повітря СНиП відповідних будівель та приміщень, а також відомчих нормативів та інших нормативних документів, затверджених та узгоджених з Держбудом Росії.

СНиП 2.01.02-85* — Протипожежні норми

Ці норми повинні дотримуватися при розробці проектів будівель та споруд.

Ці норми встановлюють пожежно-технічну класифікацію будівель та споруд, їх елементів, будівельних конструкцій, матеріалів, а також загальні протипожежні вимоги до конструктивних та планувальних рішень приміщень, будівель та споруд різного призначення.

Ці норми доповнюються та уточнюються протипожежними вимогами, викладеними у СНіП частини 2 та в інших нормативних документах, затверджених або узгоджених Держбудом.

СНиП II-3-79 * - Будівельна теплотехніка

Справжні норми будівельної теплотехніки повинні дотримуватися при проектуванні огороджувальних конструкцій (зовнішніх і внутрішніх стін, перегородок, покриттів, горищних та міжповерхових перекриттів, підлог, заповнень прорізів: вікон, ліхтарів, дверей, воріт) нових та реконструйованих будівель та споруд різного призначення (житлових, житлових, будівель , виробничих та допоміжних промислових підприємств, сільськогосподарських та складських, з нормованими температурою або температурою та відносною вологістю внутрішнього повітря).

СНиП II-12-77 - Захист від шуму

Ці норми та правила повинні дотримуватися при проектуванні захисту від шуму для забезпечення допустимих рівнів звукового тиску та рівнів звуку у приміщеннях на робочих місцях у виробничих та допоміжних будівлях та на майданчиках промислових підприємств, у приміщеннях житлових та громадських будівель, а також на селитебній території міст та інших населених пунктів.

СНиП 2.08.01-89* — Житлові будинки

Ці норми і правила поширюються на проектування житлових будівель (квартирних будинків, включаючи квартирні будинки для людей похилого віку та сімей з інвалідами, що пересуваються на кріслах-візках, надалі тексті. сімей з інвалідами, а також гуртожитків) висотою до 25 поверхів включно.

Ці норми та правила не поширюються на проектування інвентарних та мобільних будівель.

СНиП 2.08.02-89 * - Громадські будівлі та споруди

Ці норми та правила поширюються на проектування громадських будівель (висотою до 16 поверхів включно) та споруд, а також приміщень громадського призначення, вбудованих у житлові будинки. При проектуванні приміщень громадського призначення, вбудованих у житлові будинки, слід додатково керуватися СНиП 2.08.01-89* (Житлові будинки).

СНиП 2.09.04-87* - Адміністративні та побутові будівлі

Ці норми поширюються на проектування адміністративних та побутових будівель висотою до 16 поверхів включно та приміщень підприємств. Ці норми не поширюються на проектування адміністративних будівель та приміщень громадського призначення.

При проектуванні будівель, що перебудовуються у зв'язку з розширенням, реконструкцією або технічним переозброєнням підприємств, допускаються відступи від цих норм щодо геометричних параметрів.

СНиП 2.09.02-85* — Виробничі будинки

Ці норми поширюються на проектування виробничих будівель і приміщень. Ці норми не поширюються на проектування будівель та приміщень для виробництва та зберігання вибухових речовин та засобів підривання, підземних та мобільних (інвентарних) будівель.

СНиП 111-28-75 - Правила виробництва та приймання робіт

Пускові випробування змонтованих систем вентиляції та кондиціювання проводяться відповідно до вимог СНиП 111-28-75 "Правила виробництва та приймання робіт" після механічного випробування вентиляційного та пов'язаного з ним енергетичного обладнання. Метою пускових випробувань та регулювання систем вентиляції та кондиціювання є встановлення відповідності параметрів їх роботи проектним та нормативним показникам.

До початку випробувань установки вентиляції та кондиціювання повинні безперервно та справно пропрацювати протягом 7 годин.

При пускових випробуваннях повинні бути:

• Перевірка відповідності параметрів встановленого обладнання та елементів вентиляційних пристроїв, прийнятим у проекті, а також відповідності якості їх виготовлення та монтажу вимогам ТУ та БНіП.
• Виявлення нещільностей у повітроводах та інших елементах систем
• Перевірка відповідності проектним даним об'ємних витрат повітря, що проходить через повітроприймальні та повітророзподільні пристрої загальнообмінних установок вентиляції та кондиціювання повітря
• Перевірка відповідності паспортним даним вентиляційного обладнання з продуктивності та напору
• Перевірка рівномірності прогрівання калориферів. (За відсутності теплоносія у теплий період року перевірка рівномірності прогріву калориферів не проводиться)

ТАБЛИЦЯ ФІЗИЧНИХ ВЕЛИЧИН

Фундаментальні константи
Постійна (число) Авогадро	N A	6.0221367(36)*10 23 моль -1
Універсальна газова постійна	R	8.314510(70) Дж/(моль*K)
Постійна Больцмана	k=R/NA	1.380658(12)*10 -23 Дж/К
Абсолютний нуль температури	0K	-273.150C
Швидкість звуку в повітрі за нормальних умов		331.4 м/с
Прискорення сили тяжіння	g	9.80665 м/с 2
Довжина (м)
мікрон	μ(мкм)	1 мкм = 10 -6 м = 10 -3 см
ангстрем	-	1 - = 0.1 нм = 10 -10 м
ярд	yd	0.9144 м = 91.44 см
фут	ft	0.3048 м = 30.48 см
дюйм	in	0.0254 м = 2.54 см
Площа, м2)
квадратний ярд	yd 2	0.8361 м 2
квадратний фут	ft 2	0.0929 м 2
квадратний дюйм	in 2	6.4516 см 2
Об'єм (м 3)
кубічний ярд	yd 3	0.7645 м 3
кубічний фут	ft 3	28.3168 дм 3
кубічний дюйм	in 3	16.3871 см 3
галон (англійська)	gal (UK)	4.5461 дм 3
галон (США)	gal (US)	3.7854 дм 3
пінта (англійська)	pt (UK)	0.5683 дм 3
суха пінта (США)	dry pt (US)	0.5506 дм 3
рідинна пінта (США)	liq pt (US)	0.4732 дм 3
рідинна унція (англійська)	fl.oz (UK)	29.5737 см 3
рідинна унція (США)	fl.oz (US)	29.5737 см 3
бушель (США)	bu (US)	35.2393 дм 3
сухий барель (США)	bbl (US)	115.628 дм 3
Маса, кг)
фунт	lb	Вага: 0.4536 кг
слаг	slug	14.5939 кг
гран	gr	64.7989 мг
торгова унція	oz	28.3495 г
Щільність (кг/м3)
фунт на кубічний фут	lb/ft 3	16.0185 кг/м 3
фунт на кубічний дюйм	lb/in 3	27680 кг/м 3
склад на кубічний фут	slug/ft 3	515.4 кг/м 3
Термодинамічна температура (К)
градус Ренкіна	°R	5/9 K
Температура (К)
градус Фаренгейта	°F	5/9 К; t°C = 5/9*(t°F - 32)
Сила, вага (Н або кг*м/c2)
Ньютон	Н	1 кг*м/с 2
паундаль	pdl	0.1383 H
фунт-сила	lbf	4.4482 H
кілограм-сила	kgf	9.807 H
Питома вага (Н/м3)
фунт-сила на кубічний дюйм	lbf/ft 3	157.087 H/м3
Тиск (Па або кг/(м*с2) або Н/м2)
паскаль	Па	1 Н/м 2
гектопаскаль	ДПА	10 2 Па
кілопаскаль	КПа	10 3 Па
бар	bar	10 5 Н/м 2
атмосфера фізична	atm	1.013*10 5 Н/м 2
міліметр ртутного стовпа	mm Hg	1.333*10 2 Н/м 2
кілограм-сила на кубічний сантиметр	kgf/cm 3	9.807*10 4 Н/м 2
паундаль на квадратний фут	pdl/ft 2	1.4882 Н/м2
фунт-сила на квадратний фут	lbf/ft 2	47.8803 Н/м 2
фунт-сила на квадратний дюйм	lbf/in 2	6894.76 Н/м 2
фут водяного стовпа	ft H 2 O	2989.07 Н/м 2
дюйм водяного стовпа	in H 2 O	249.089 Н/м 2
дюйм ртутного стовпа	in Hg	3386.39 Н/м 2
Робота, енергія, тепло (Дж чи кг*м 2 /c 2 чи Н*м)
Джоуль	Дж	1 кг*м 2 /c 2 = 1 Н*м
калорія	cal	4.187 Дж
кілокалорія	Kcal	4187 Дж
кіловат-година	kwh	3.6*10 6 Дж
британська теплова одиниця	Btu	1055.06 Дж
фут-паундаль	ft*pdl	0.0421 Дж
фут-фунт-сила	ft*lbf	1.3558 Дж
літр-атмосфера	l*atm	101.328 Дж
Потужність (Вт)
фут-паундаль за секунду	ft*pdl/s	0.0421 Вт
фут-фунт-сила за секунду	ft*lbf/s	1.3558 Вт
кінська сила (англійська)	hp	745.7 Вт
британська теплова одиниця за годину	Btu/h	0.2931 Вт
кілограм-сила-метр за секунду	kgf*m/s	9.807 Вт
Масова витрата (кг/с)
фунт-маса за секунду	lbm/s	0.4536 кг/с
Коефіцієнт теплопровідності (Вт/(м*К))
британська теплова одиниця на секунду-фут-градус Фаренгейта	Btu/(s*ft*degF)	6230.64 Вт/(м*К)
Коефіцієнт теплопередачі (Вт/(м 2 *К))
британська теплова одиниця на секунду-квадратний фут-градус Фаренгейта	Btu/(s*ft 2 *degF)	20441.7 Вт/(м 2 *К)
Коефіцієнт температуропровідності, кінематична в'язкість (м2/с)
стокс	St (Ст)	10 -4 м2/с
сантистокс	cSt (сСт)	10 -6 м2/с = 1мм2/с
квадратний фут на секунду	ft 2/s	0.0929 м 2 /с
Динамічна в'язкість (Па*с)
пуаз	P (П)	0.1 Па*с
сантипуаз cP	(СП)	10 6 Па*с
паундаль-секунда на квадратний фут	pdt*s/ft 2	1.488 Па*с
фунт-сила секунда на квадратний фут	lbf*s/ft 2	47.88 Па*с
Питома теплоємність (Дж/(кг*К))
калорія на грам-градус Цельсія	cal/(g*°C)	4.1868*10 3 Дж/(кг*К)
британська теплова одиниця на фунт-градус Фаренгейта	Btu/(lb*degF)	4187 Дж/(кг*К)
Питома ентропія (Дж/(кг*К))
британська теплова одиниця на фунт-градус Ренкіна	Btu/(lb*degR)	4187 Дж/(кг*К)
Щільність теплового потоку (Вт/м2)
кілокалорія на квадратний метр — година	Kcal/(m 2 *h)	1.163 Вт/м2
британська теплова одиниця на квадратний фут.	Btu/(ft 2 *h)	3.157 Вт/м 2
Вологопроникність будівельних конструкцій
кілограм на годину на метр міліметр водяного стовпа	kg/(h*m*mm H 2 O)	28.3255 мг(с*м*Па)
Об'ємна проникність будівельних конструкцій
кубічний метр на годину на метр-міліметр водяного стовпа	m 3 /(h*m*mm H 2 O)	28.3255*10 -6 м 2 /(с*Па)
Сила світла
кандела	кд	основна одиниця СІ
Освітленість (лк)
люкс	лк	1 кд * ср / м 2 (СР - стерадіан)
фот	ph (фото)	10 4 лк
Яскравість (кд/м2)
стильб	st (ст)	10 4 кд/м 2
ніт	nt (нт)	1 кд/м2

Група компаній ІНРОСТ

Розглянуто основні фізичні властивості повітря: щільність повітря, його динамічна та кінематична в'язкість, питома теплоємність, теплопровідність, температуропровідність, число Прандтля та ентропія. Властивості повітря наведено в таблицях залежно від температури при нормальному атмосферному тиску.

Щільність повітря в залежності від температури

Представлено докладну таблицю значень щільності повітря в сухому стані при різних температурах та нормальному атмосферному тиску. Чому дорівнює щільність повітря? Аналітично визначити густину повітря можна, якщо розділити його масу на об'єм, який він займаєза заданих умов (тиск, температура та вологість). Також можна обчислити його щільність за формулою рівняння стану ідеального газу. Для цього необхідно знати абсолютний тиск і температуру повітря, а також його газову постійну та молярний об'єм. Це рівняння дозволяє обчислити густину повітря в сухому стані.

На практиці, щоб дізнатися яка щільність повітря при різних температурах, зручно користуватися готовими таблицями. Наприклад, наведеною таблицею значень густини атмосферного повітря в залежності від його температури. Щільність повітря в таблиці виражена в кілограмах на кубічний метр і дана в інтервалі температури від мінус 50 до 1200 градусів Цельсія за нормального атмосферного тиску (101325 Па).

Щільність повітря в залежності від температури - таблиця

t, °С	ρ, кг/м 3	t, °С	ρ, кг/м 3	t, °С	ρ, кг/м 3	t, °С	ρ, кг/м 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

При 25°С повітря має густину 1,185 кг/м 3 .При нагріванні щільність повітря знижується – повітря розширюється (його питомий обсяг збільшується). Зі зростанням температури, наприклад до 1200°С, досягається дуже низька щільність повітря, що дорівнює 0,239 кг/м 3 , що в 5 разів менше за її значення при кімнатній температурі. У випадку, зниження при нагріванні дозволяє проходити такому процесу, як природна конвекція і застосовується, наприклад, в повітроплаванні.

Якщо порівняти густину повітря відносно , то повітря легше на три порядки — при температурі 4°С густина води дорівнює 1000 кг/м 3 , а густина повітря становить 1,27 кг/м 3 . Необхідно також відзначити значення щільності повітря за нормальних умов. Нормальними умовами для газів є такі, за яких їхня температура дорівнює 0°С, а тиск дорівнює нормальному атмосферному. Таким чином, згідно з таблицею, щільність повітря за нормальних умов (при НУ) дорівнює 1,293 кг/м 3.

Динамічна та кінематична в'язкість повітря при різних температурах

При виконанні теплових розрахунків необхідно знати значення в'язкості повітря (коефіцієнта в'язкості) за різної температури. Ця величина потрібна для обчислення числа Рейнольдса, Грасгофа, Релея значення яких визначають режим перебігу цього газу. У таблиці наведено значення коефіцієнтів динамічної μ та кінематичної ν в'язкості повітря в діапазоні температури від -50 до 1200 ° С при атмосферному тиску.

Коефіцієнт в'язкості повітря зі зростанням температури значно збільшується.Наприклад, кінематична в'язкість повітря дорівнює 15,06 · 10 -6 м 2 / с при температурі 20 ° С, а зі зростанням температури до 1200 ° С в'язкість повітря стає рівною 233,7 · 10 -6 м 2 / с, тобто збільшується у 15,5 разів! Динамічна в'язкість повітря за нормальної температури 20°С дорівнює 18,1·10 -6 Па·с.

При нагріванні повітря збільшуються значення як кінематичної, і динамічної в'язкості. Ці дві величини пов'язані між собою через величину густини повітря, значення якої зменшується при нагріванні цього газу. Збільшення кінематичної та динамічної в'язкості повітря (як і інших газів) при нагріванні пов'язане з більш інтенсивним коливанням молекул повітря навколо їх рівноважного стану (згідно з МКТ).

Динамічна та кінематична в'язкість повітря за різних температур — таблиця

t, °С	μ·10 6 , Па·с	ν·10 6 , м 2 /с	t, °С	μ·10 6 , Па·с	ν·10 6 , м 2 /с	t, °С	μ·10 6 , Па·с	ν·10 6 , м 2 /с
-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

Примітка: Будьте уважні! В'язкість повітря дана в 10 6 .

Питома теплоємність повітря за температури від -50 до 1200°С

Подано таблицю питомої теплоємності повітря при різних температурах. Теплоємність у таблиці дана при постійному тиску (ізобарна теплоємність повітря) в інтервалі температури від мінус 50 до 1200°З повітря в сухому стані. Чому дорівнює питома теплоємність повітря? Величина питомої теплоємності визначає кількість тепла, яке необхідно підвести до одного кілограма повітря при постійному тиску збільшення його температури на 1 градус. Наприклад, при 20°С для нагрівання 1 кг цього газу на 1°С в ізобарному процесі потрібно підвести 1005 Дж тепла.

Питома теплоємність повітря зростає зі зростанням його температури.Проте залежність масової теплоємності повітря від температури не лінійна. В інтервалі від -50 до 120 ° С її величина практично не змінюється - в цих умовах середня теплоємність повітря дорівнює 1010 Дж/(кг град). За даними таблиці видно, що значний вплив температура починає робити зі значення 130°С. Проте температура повітря впливає на його питому теплоємність набагато слабше, ніж на в'язкість. Так, при нагріванні з 0 до 1200 ° С теплоємність повітря збільшується лише в 1,2 рази - з 1005 до 1210 Дж/(кг·град).

Слід зазначити, що теплоємність вологого повітря вища, ніж сухого. Якщо порівняти і повітря, то очевидно, що вода має більш високе її значення і вміст води в повітрі призводить до збільшення питомої теплоємності.

Питома теплоємність повітря за різних температур — таблиця

t, °С	C p Дж / (кг · град)	t, °С	C p Дж / (кг · град)	t, °С	C p Дж / (кг · град)	t, °С	C p Дж / (кг · град)
-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

Теплопровідність, температуропровідність, число Прандтля повітря

У таблиці представлені такі фізичні властивості атмосферного повітря, як теплопровідність, температуропровідність та її число Прандтля залежно від температури. Теплофізичні властивості повітря дано в інтервалі від -50 до 1200 ° С для сухого повітря. За даними таблиці видно, що зазначені властивості повітря суттєво залежать від температури та температурна залежність розглянутих властивостей цього газу різна.

Лабораторна робота №1

Визначення масової ізобарної

теплоємності повітря

Теплоємність – це теплота, яку необхідно підвести до одиничної кількості речовини, щоб нагріти його на 1 К. Одиничну кількість речовини можна виміряти в кілограмах, кубометрах за нормальних фізичних умов та кіло молях. Кіломоль газу – це маса газу в кілограмах, чисельно рівна його молекулярній масі. Таким чином, існує три види теплоємностей: масова c, Дж/(кг⋅К); об'ємна с′, Дж/(м3⋅К) та мольна , Дж/(кмоль⋅К). Оскільки кіломоль газу має масу в μ разів більше за один кілограм, окремого позначення для мольної теплоємності не вводять. Співвідношення між теплоємностями:

де = 22,4 м3/кмоль – обсяг кіломолю ідеального газу за нормальних фізичних умов; – щільність газу за нормальних фізичних умов, кг/м3.

Справжня теплоємність газу – похідна від теплоти за температурою:

Підведена до газу теплота залежить від термодинамічного процесу. Вона може бути визначена за першим законом термодинаміки для ізохорного та ізобарного процесів:

Тут теплота, підведена до 1 кг газу в ізобарному процесі; - Зміна внутрішньої енергії газу; - Робота газів проти зовнішніх сил.

Фактично формула (4) формулює 1-е початок термодинаміки, звідки слідує рівняння Майера:

Якщо покласти = 1 К, то , тобто фізичний сенс постійної газової – це робота 1 кг газу в ізобарному процесі при зміні його температури на 1 К.

Рівняння Майєра для 1 кіло моль газу має вигляд

де = 8314 Дж/(кмоль⋅К) – універсальна газова постійна.

Крім рівняння Майєра, ізобарна та ізохорна масові теплоємності газів пов'язані між собою через показник адіабати k (табл.1):

Таблиця 1.1

Значення показників адіабати для ідеальних газів

Атомність газів
Одноатомні гази
Двохтомні гази
Трьох - і багатоатомні гази

МЕТА РОБОТИ

Закріплення теоретичних знань за основними законами термодинаміки. Практичне освоєння методу визначення теплоємності повітря з урахуванням енергетичного балансу.

Експериментальне визначення питомої масової теплоємності повітря та зіставлення отриманого результату з довідковим значенням.

1.1. Опис лабораторної установки

Установка (рис. 1.1) складається з латунної труби 1 внутрішнім діаметром d =
= 0,022 м, на кінці якої розташований електронагрівас тепловою ізоляцією 10. Усередині труби рухається потік повітря, що подається 3. Витрата повітря може регулюватися зміною числа обертів вентилятора. У трубі 1 встановлена ​​трубка повного напору 4 і надлишкового статичного тиску 5, які приєднані до манометрів 6 і 7. Крім того, трубі 1 встановлена ​​термопара 8, яка може переміщатися по перерізу одночасно з трубкою повного напору. Величина ЕРС термопари визначається по потенціометру 9. Нагрів повітря, що рухається по трубі, регулюється за допомогою лабораторного автотрансформатора 12 шляхом зміни потужності нагрівача, яка визначається за показаннями амперметра 14 і 13 вольтметра. Температура повітря на виході з нагрівача визначається термометром 15.

1.2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТУ

Тепловий потік нагрівача, Вт:

де I - Струм, А; U - напруга, В; = 0,96; =
= 0,94 – коефіцієнт теплових втрат.

Рис.1.1. Схема експериментальної установки:

1 – труба; 2 – конфузор; 3 – вентилятор; 4 – трубка для вимірювання динамічного тиску;

5 – патрубок; 6, 7 – дифманометри; 8 – термопара; 9 – потенціометр; 10 – ізоляція;

11 – електронагрівач; 12 – лабораторний автотрансформатор; 13 – вольтметр;

14 – амперметр; 15 – термометр

Тепловий потік, сприйнятий повітрям, Вт:

де m – масова витрата повітря, кг/с; - Експериментальна, масова ізобарна теплоємність повітря, Дж/(кг К); – температура повітря на виході з нагрівального ділянки та на вході до нього, °С.

Масова витрата повітря, кг/с:

. (1.10)

Тут – середня швидкість повітря у трубі, м/с; d – внутрішній діаметр труби, м; – щільність повітря при температурі, яка знаходиться за формулою, кг/м3:

, (1.11)

де = 1,293 кг/м3 – щільність повітря за нормальних фізичних умов; B – тиск, мм. рт. ст; - Надлишковий статичний тиск повітря в трубі, мм. вод. ст.

Швидкості повітря визначаються за динамічним натиском у чотирьох рівновеликих перерізах, м/с:

де – динамічний тиск, мм. вод. ст. (кгс/м2); g = 9,81 м/с2 – прискорення вільного падіння.

Середня швидкість повітря в перерізі труби, м/с:

Середня ізобарна масова теплоємність повітря визначається з формули (1.9), яку тепловий потік підставляється з рівняння (1.8). Точне значення теплоємності повітря за середньої температури повітря знаходиться за таблицею середніх теплоємностей або за емпіричною формулою, Дж/(кг⋅К):

. (1.14)

Відносна похибка експерименту, %:

. (1.15)

1.3. Проведення експерименту та обробка

результатів вимірів

Експеримент проводиться у наступній послідовності.

1. Вмикається лабораторний стенд і після встановлення стаціонарного режиму знімаються такі показання:

Динамічний тиск повітря в чотирьох точках рівновеликих перерізів труби;

Надлишковий статичний тиск повітря в трубі;

Струм I, А та напруга U, В;

Температура повітря на вході, °С (термопара 8);

Температура на виході, °С (термометр 15);

Барометричний тиск B, мм. рт. ст.

Експеримент повторюється для наступного режиму. Результати вимірювань заносяться до табл.1.2. Розрахунки виконуються у табл. 1.3.

Таблиця 1.2

Таблиця вимірів

	Найменування величини
	Температура повітря на вході, °C
	Температура повітря на виході, °C
	Динамічний напір повітря, мм. вод. ст.
	Надлишковий статичний тиск повітря, мм. вод. ст.
	Барометричний тиск B, мм. рт. ст.
	Напруга U, В

Таблиця 1.3

Таблиця розрахунків

	Найменування величин
	Динамічний напір, Н/м2
	Середня температура потоку на вході, °C