Яке необхідно для зміни температури робочого тіла, в даному випадку, повітря, на один градус. Теплоємність повітря безпосередньо залежить від температури і тиску. При цьому для дослідження різних видів теплоємності можуть застосовуватися різні методи.

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

Теплоємність можна вважати фізичною характеристикою будь-якого речовини, в даному випадку повітря, в тому випадку, якщо вимір проводиться в постійних умовах. Найчастіше подібні вимірювання проводяться при постійному тиску. Так визначається ізобарна теплоємність повітря. Вона зростає зі збільшенням температури і тиску, а також є лінійною функцією даних величин. У цьому випадку зміна температури відбувається при постійному тиску. Для розрахунку ізобарно теплоємності необхідно визначити псевдокрітіческую температуру і тиск. Вона визначається з використанням довідкових даних.

Теплоємність повітря. Особливості

Повітря являє собою газову суміш. При їх розгляді в термодинаміки прийняті такі припущення. Кожен газ в складі суміші повинен бути рівномірно розподілений по всьому обсяги. Таким чином, обсяг газу дорівнює обсягу всієї суміші. Кожен газ в складі суміші має свій парціальним тиском, яке він справляє на стінки посудини. Кожен з компонентів газової суміші повинен мати температуру, рівну температурі всієї суміші. При цьому сума парціальних тисків всіх компонентів дорівнює тиску суміші. Розрахунок теплоємності повітря виконується на основі даних про склад газової суміші і теплоємності окремих компонентів.

Теплоємність неоднозначно характеризує речовину. З першого закону термодинаміки можна зробити висновок, що внутрішня енергія тіла змінюється не тільки залежно від кількості отриманого тепла, але і від досконалої тілом роботи. При різних умовах протікання процесу теплопередачі, робота тіла може відрізнятися. Таким чином, однакове повідомлене тілу кількість теплоти, може викликати різні за значенням зміни температури і внутрішньої енергії тіла. Ця особливість характерна тільки для газоподібних речовин. На відміну від твердих і рідких тіл, газоподібні речовини, можуть сильно змінювати обсяг і здійснювати роботу. Саме тому теплоємність повітря визначає характер самого термодинамічної процесу.

Однак при постійному обсязі повітря не здійснює роботу. Тому зміна внутрішньої енергії пропорційно зміні його температури. Ставлення теплоємності в процесі з постійним тиском, до теплоємності в процесі з постійним об'ємом є частиною формули адиабатного процесу. Воно позначається грецькою літерою гамма.

З історії

Терміни «теплоємність» і «кількість теплоти» не дуже вдало описують свою суть. Пов'язано це з тим, що вони прийшли в сучасну науку з теорії теплорода, яка була популярна у вісімнадцятому столітті. Послідовники цієї теорії розглядали теплоту як якесь невагоме речовина, що міститься в тілах. Ця речовина не може бути ні знищено, ні створено. Охолодження і нагрівання тіл пояснювали зменшенням або збільшенням вмісту теплорода відповідно. Згодом ця теорія була визнана неспроможною. Вона не могла пояснити, чому однакове зміна внутрішньої енергії будь-якого тіла виходить при передачі йому різної кількості теплоти, а також залежить від здійснюваної тілом роботи.

Лабораторна робота № 1

Визначення масової ізобарно

теплоємності повітря

Теплоємність - це теплота, яку необхідно підвести до одиничного кількості речовини, щоб нагріти його на 1 К. Одиничне кількість речовини можна виміряти в кілограмах, кубометрах при нормальних фізичних умовах і 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 з ', Дж / (м3⋅К) і мольная, Дж / (кмоль⋅К). Оскільки кіломоль газу має масу в μ раз більше одного кілограма, окремого позначення для мольной теплоємності не вводять. Співвідношення між теплоємності:

де \u003d 22,4 м3 / кмоль - обсяг кіломоля ідеального газу при нормальних фізичних умовах; - щільність газу при нормальних фізичних умовах, кг / м3.

Справжня теплоємність газу - це похідна від теплоти по температурі:

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

Тут - теплота, підведена до 1 кг газу в изобарном процесі; - зміна внутрішньої енергії газу; - робота газів проти зовнішніх сил.

По суті формула (4) формулює 1-е початок термодинаміки, звідки слід рівняння Майера:

Якщо покласти \u003d 1 К, то, тобто фізичний зміст газової постійної - це робота 1 кг газу в изобарном процесі при зміні його температури на 1 К.

Рівняння Майєра для 1 кіло благаючи газу має вигляд

де \u003d 8314 Дж / (кмоль⋅К) - універсальна газова постійна.

Крім рівняння Майера, ізобарна і ізохорно масові теплоємності газів пов'язані між собою через показник адіабати k (табл.1):

Таблиця 1.1

Значення показників адіабати для ідеальних газів

валентність газів
одноатомні гази
Двохатомні гази
Трьох - і багатоатомні гази

МЕТА РОБОТИ

Закріплення теоретичних знань з основних законів термодинаміки. Практичне освоєння методу визначення теплоємності повітря на основі енергетичного балансу.

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

1.1. Опис лабораторної установки

Установка (рис. 1.1) складається з латунної труби 1 внутрішнім діаметром d \u003d
\u003d 0,022 м, на кінці якої розташований електронагревас тепловою ізоляцією 10. Всередині труби рухається потік повітря, який подається 3. Витрата повітря може регулюватися зміною числа обертів вентилятора. У трубі 1 встановлена \u200b\u200bтрубка повного напору 4 і надлишкового статичного тиску 5, які під'єднані до манометрам 6 і 7. Крім того, в трубі 1 встановлена \u200b\u200bтермопара 8, яка може переміщатися по перетину одночасно з трубкою повного напору. Величина ЕРС термопари визначається по потенціометра 9. Нагрівання повітря, що рухається по трубі, регулюється за допомогою лабораторного автотрансформатора 12 шляхом зміни потужності нагрівача, яка визначається за показаннями амперметра 14 і вольтметра 13. 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; \u003d 0,96; \u003d
\u003d 0,94 - коефіцієнт теплових втрат.

Рис.1.1. Схема експериментальної установки:

1 - труба; 2 - конфузор; 3 - вентилятор; 4 - трубка для вимірювання динамічного напору;

5 - патрубок; 6, 7 - діфманометри; 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 і на вході в нього, ° С.

Масова витрата повітря, кг / с:

. (1.10)

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

, (1.11)

де \u003d 1,293 кг / м3 - щільність повітря при нормальних фізичних умовах; B - тиск, мм. рт. ст; - надмірне статичний тиск повітря в трубі, мм. вод. ст.

Швидкості повітря визначаються по динамічному напору в чотирьох рівновеликих перетинах, м / с:

де - динамічний напір, мм. вод. ст. (Кгс / м2); g \u003d 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), в яку тепловий потік підставляється з рівняння (1.8). Точне значення теплоємності повітря при середній температурі повітря знаходиться по таблиці середніх теплоємностей або за емпіричною формулою, Дж / (кг⋅К):

. (1.14)

Відносна похибка експерименту,%:

. (1.15)

1.3. Проведення експерименту і обробка

результатів вимірювань

Експеримент проводиться в наступній послідовності.

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

Динамічний напір повітря в чотирьох точках рівновеликих перетинів труби;

Надмірне статичний тиск повітря в трубі;

Струм I, А і 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 в табл.1.2. Розрахунки виконуються в табл. 1.3.

Таблиця 1.2

Таблиця вимірювань

	Найменування величини
	Температура повітря на вході, ° C
	Температура повітря на виході, ° C
	Динамічний напір повітря, мм. вод. ст.
	Надмірне 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

ТЕМПЕРАТУРА . Вимірюється як в Кельвіна (К), так і в градусах Цельсія (° С). Розмір градуса Цельсія і розмір Кельвіна один і той же для різниці температур. Співвідношення між температурами:

t \u003d T - 273,15 K,

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

ТИСК . Тиск вологого повітря p і його складових вимірюється в Па (Паскаль) і кратних одиницях (кПа, ГПа, МПа).
Барометричний тиск вологого повітря p б дорівнює сумі парціальних тисків сухого повітря p в і водяної пари p п :

p б \u003d p в + p п

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

ρ \u003d M / V \u003d \u200b\u200bM в / V + M п / V

Щільність вологого повітря може визначатися за формулою

ρ \u003d 3,488 p б / T - 1,32 p п / T

ПИТОМА ВАГА . Питома вага вологого повітря γ - це відношення ваги вологого повітря до займаного ним об'єму, Н / м 3. Щільність і питома вага пов'язані між собою залежністю

ρ \u003d γ / g,

де g - прискорення вільного падіння, рівне 9.81 м / с 2.

ВОЛОГІСТЬ ПОВІТРЯ . Зміст в повітрі водяної пари. характеризується двома величинами: абсолютної і відносної вологістю.
абсолютна вологість повітря. кількість водяної пари, кг або г, що міститься в 1 м 3 повітря.
відносна вологість повітря φ , Виражена в%. відношення парціального тиску водяної пари Рп, що міститься в повітрі, до парціального тиску водяної пари в повітрі при повному його насиченні водяними парами p п.н. :

φ \u003d (p п / p п.н.) 100%

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

lg p п.н. \u003d 2,125 + (156 + 8,12t В.Н.) / (236 + t В.М.),

де t В.М. - температура насиченої вологого повітря, ° С.

ТОЧКА РОСИ . Температура, при якій парціальний тиск водяної пари p п , Що міститься у вологому повітрі, так само парціальному тиску насиченого водяної пари p п.н. при тій же температурі. При температурі роси починається конденсація вологи з повітря.

d \u003d M п / M в

d \u003d 622p п / (p б - p п) \u003d 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 і водяної пари на 10 і віднесене до 1 кг сухої частини повітря:

з \u003d з в + с п d / 1000,

де c в - середня питома теплоємність сухого повітря, яка приймається в інтервалі температур 0-1000С рівній 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 \u003d 1,0056 кДж / (кг * ° C) (при температурі 0 ° С і барометричному тиску 1013,3 ГПа)

Питома ентальпія . Питома ентальпія вологого повітря - це ентальпія I, КДж, віднесена до 1 кг маси сухого повітря:

I \u003d 1,005t + (2500 + 1,8068t) d / 1000,
або I \u003d ct + 2.5d

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

α \u003d 0,00367 ° C -1
або α \u003d 1/273 ° C -1.

ПАРАМЕТРИ СУМІШІ .
Температура суміші повітря

t см \u003d (M 1 t 1 + M 2 t 2) / (M 1 + M 2)

d см \u003d (M 1 d 1 + M 2 d 2) / (M 1 + M 2)

Питома ентальпія суміші повітря

I см \u003d (M 1 I 1 + M 2 I 2) / (M 1 + M 2)

де M 1, M 2 - маси змішуваного повітря

КЛАСИ ФІЛЬТРІВ

застосування	клас очищення					ступінь очищення
	стандарти	DIN 24185 DIN 24184	EN 779	EUROVENT 4/5	EN тисячу вісімсот вісімдесят-два
Фільтр для грубої очистки з невисокими вимогами до чистоти повітря	груба очищення	EU1	G1	EU1	—	A%
Фільтр, який застосовується при високій концентрації пилу з грубої очищенням від неї, Кондиціонер повітря і витяжна еентіляція 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 обладнанні, що застосовується в приміщеннях з високими вимогами до шстоте повітря. Фільтр для дуже тонкої фільтрації. Друга сепень очищення (доочищення) в приміщеннях з середніми вимогами до чистоти повітря.	тонка очистка	EU5	EU5	EU5	—	E%
						60
		EU6	EU6	EU6	—	80
		EU7	EU7	EU7	—	90
		EU8	EU8	EU8	—	95
		EU9	EU9	EU9	—
Очищення від надтонкою пилу. Застосовується в приміщеннях з підвищеними вимогами до чистоти повітря ( "чиста кімната"). Фінішна очищення повітря в помещеніяхс прецизійної технікою, хірургічних блоках, реанімаційних палатах, у фармацевтичній промисловості.	Особливо тонка очистка	—	—	—	EU5	З%
						97
		—	—	—	EU6	99
		—	—	—	EU7	99,99
		—	—	—	EU8	99,999

РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ калорифери

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 і геофізика

Інформація про кліматичні умови конкретних територій.

СНиП 2.04.05-91 * - Опалення, вентиляція і кондиціювання повітря

Справжні будівельні норми слід дотримуватися при проектуванні опалення, вентиляції та кондиціонування повітря в приміщеннях будівель і споруд (далі - будівель). При проектуванні слід також дотримуватися вимог по опаленню, вентиляції та кондиціювання повітря СНиП відповідних будівель і приміщень, а також відомчих нормативів та інших нормативних документів, затверджених і узгоджених з Держбудом Росії.

СНиП 2.01.02-85 * - Протипожежні норми

Ці норми повинні дотримуватися при розробці проектів будівель і споруд.

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

Ці норми доповнюються і уточнюються протипожежними вимогами, викладеними в СНиП частині 2 і в інших нормативних документах, затверджених або узгоджених Держбудом.

СНиП II-3-79 * - Будівельна теплотехніка

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

СНиП II-12-77 - Захист від шуму

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

СНиП 2.08.01-89 * - Житлові будинки

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

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

СНиП 2.08.02-89 * - Громадські будівлі та споруди

Ці норми і правила поширюються на проектування громадських будівель (висотою до 16 поверхів включно) і 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 і побутових будівель заввишки до 16 поверхів включно і приміщень підприємств. Ці норми не поширюються на проектування адміністративних будівель і приміщень громадського призначення.

При проектуванні будинків, перебудовуються в зв'язку з розширенням, реконструкцією або технічним переозброєнням підприємств, тому можливі деякі справжніх норм в частині геометричних параметрів.

СНиП 2.09.02-85 * - Виробничі будівлі

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

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

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

До початку випробувань установки вентиляції та кондиціонування повинні безперервно і справно опрацювати протягом 7 годин.

При пускових випробуваннях повинні бути проведені:

• Перевірка відповідності параметрів встановленого обладнання і елементів вентиляційних пристроїв, прийнятим в проекті, а також відповідності якості їх виготовлення і монтажу вимогам ТУ і СНиП.
• Виявлення нещільності в повітроводах і інших елементах систем
• Перевірка відповідності з проектними даними об'ємних витрат повітря, що проходить через воздухопріемние і повітророзподільні пристрої загально обмінна установок вентиляції та кондиціонування повітря
• Перевірка відповідності з паспортними даними вентиляційного обладнання по продуктивності і напору
• Перевірка рівномірності прогріву калориферів. (При відсутності теплоносія в 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 стала	R	8.314510 (70) Дж / (моль * K)
Постійна Больцмана	k \u003d R / NA	1.380658 (12) * 10 -23 Дж / К
Абсолютний нуль температури	0K	-273.150C
Швидкість звуку в повітрі при нормальних умовах		331.4 м / с
Прискорення сили тяжіння	g	9.80665 м / с 2
Довжина (м)
мікрон	μ (мкм)	1 мкм \u003d 10 -6 м \u003d 10 -3 см
ангстрем	-	1 - \u003d 0.1 нм \u003d 10 -10 м
ярд	yd	0.9144 м \u003d 91.44 см
фут	ft	0.3048 м \u003d 30.48 см
дюйм	in	0.0254 м \u003d 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
Обсяг (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	0.4536 кг
складаючи	slug	14.5939 кг
гран	gr	64.7989 мг
торгова унція	oz	28.3495 р
Щільність (кг / м 3)
фунт на кубічний фут	lb / ft 3	16.0185 кг / м 3
фунт на кубічний дюйм	lb / in 3	27680 кг / м 3
Складаючи 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 K; t ° C \u003d 5/9 * (t ° F - 32)
Сила, вага (Н або кг * м / c 2)
ньютон	Н	1 кг * м / c 2
паундаль	pdl	0.1383 H
фунт-сила	lbf	4.4482 H
кілограм-сила	kgf	9.807 H
Питома вага (Н / м 3)
фунт-сила на кубічний дюйм	lbf / ft 3	157.087 H / м 3
Тиск (Па або кг / (м * з 2) або Н / м 2)
паскаль	па	1 Н / м 2
гектопаскалях	ГПа	10 2 Па
кілопаскалях	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 / м 2
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 або кг * м 2 / c 2 або Н * м)
джоуль	Дж	1 кг * м 2 / c 2 \u003d 1 Н * м
калорія	cal	4.187 Дж
кілокалорія	Kcal	4187 Дж
кіловат-годину	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 в секунду	ft * pdl / s	0.0421 Вт
фут-фунт-сила в секунду	ft * lbf / s	1.3558 Вт
кінська сила (англійська)	hp	745.7 Вт
британська теплова одиниця в годину	Btu / h	0.2931 Вт
кілограм-сила-метр в секунду	kgf * m / s	9.807 Вт
Масова витрата (кг / с)
фунт-маса в 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 (м 2 / с)
стокс	St (Ст)	10 -4 м 2 / с
сантістокс	cSt (сСт)	10 -6 м 2 / с \u003d 1мм 2 / 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 / м 2)
кілокалорія на метр квадратний - годину	Kcal / (m 2 * h)	1.163 Вт / м 2
британська теплова одиниця на квадратний фут - годину	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 (з * 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 (пор - стерадіан)
фот	ph (фот)	10 4 лк
Яскравість (кд / м 2)
стильб	st (ст)	10 4 кд / м 2
ніт	nt (нт)	1 кд / м 2

Група компаній ІНРОСТ

Транспортна енергетика (хладотранспорт) Вологість повітря. Теплоємність і ентальпія повітря

Вологість повітря. Теплоємність і ентальпія повітря

Атмосферне повітря являє собою суміш сухого повітря і водяної пари (від 0,2% до 2,6%). Таким чином, повітря практично завжди можна розглядати як вологий.

Механічна суміш сухого повітря з водяною парою називається вологим повітрям або повітряно-парової сумішшю. Максимально можливий зміст парообразной вологи в повітрі m п.н залежить від температури t і тиску P суміші. При зміні t і P повітря може перейти з спочатку ненасиченого в стан насичення водяними парами, і тоді надлишкова волога почне випадати в газовому об'ємі і на огороджувальних поверхнях у вигляді туману, інею або снігу.

Основними параметрами, що характеризують стан вологого повітря, є: температура, тиск, питомий об'єм, вміст вологи, абсолютна і відносна вологість, молекулярна маса, газова постійна, теплоємність і ентальпія.

Згідно із законом Дальтона для газових сумішей повний тиск вологого повітря (Р) є сума парціальних тисків сухого повітря Р c і водяної пари Р п: Р \u003d Р c + Р п.

Аналогічно, обсяг V і маса m вологого повітря буде визначаться співвідношеннями:

V \u003d V c + V п, m \u003d m c + m п.

густина і питомий об'єм вологого повітря (v) визначається:

Молекулярна маса вологого повітря:

де В - барометричний тиск.

Оскільки в процесі сушіння вологість повітря безперервно збільшується, а кількість сухого повітря в пароповітряної суміші залишається постійним, то про процес сушіння судять по тому, як змінюється кількість водяної пари на 1 кг сухого повітря, і всі показники пароповітряної суміші (теплоємність, вологовміст, ентальпія і ін.) відносять до 1 кг сухого повітря, що знаходиться у вологому повітрі.

d \u003d m п / m c, г / кг, або, Х \u003d m п / m c.

Абсолютна вологість повітря- маса пара в 1 м 3 вологого повітря. Ця величина чисельно дорівнює.

Відносна вологість повітря -це відношення абсолютної вологості ненасиченого повітря до абсолютної вологості насиченого повітря при заданих умовах:

тут, але частіше відносну вологість задають у відсотках.

Для щільності вологого повітря справедливо співвідношення:

Питома теплоємність вологого повітря:

c \u003d з c + з п × d / 1000 \u003d з c + з п × X, кДж / (кг × ° С),

де з c - питома теплоємність сухого повітря, з c \u003d 1,0;

з п - питома теплоємність пара; з п \u003d 1,8.

Теплоємність сухого повітря при постійному тиску і невеликих інтервалах температур (до 100 ° С) для наближених розрахунків можна вважати постійної, рівної 1,0048 кДж / (кг × ° С). Для перегрітої пари середня ізобарна теплоємність при атмосферному тиску і невисоких ступенях перегріву може бути прийнято також постійною і рівною 1,96 кДж / (кг × К).

Ентальпія (i) вологого повітря - це один з основних його параметрів, який широко застосовується при розрахунках сушильних установок головним чином для определния теплоти, що витрачається на випаровування вологи з підсушують матеріалів. Ентальпію вологого повітря відносять до одного кілограму сухого повітря в пароповітряної суміші і визначають як суму ентальпій сухого повітря і водяної пари, тобто

i \u003d i c + i п × Х, кДж / кг.

При розрахунку ентальпії сумішей початкова точка відліку ентальпій кожного з компонентів повинна бути однією і тією ж. Для розрахунків вологого повітря можна прийняти, що ентальпія води дорівнює нулю при 0 о С, тоді і ентальпію сухого повітря також відраховуємо від 0 о С, тобто i в \u003d з в * t \u003d 1,0048t.

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

Щільність повітря в залежності від температури

Представлено докладну таблиця значень щільності повітря в сухому стані при різних температурах і нормальному атмосферному тиску. Чому дорівнює щільність повітря? Аналітично визначити щільність повітря можна, якщо розділити його масу на обсяг, який він займає при заданих умовах (тиск, температура і 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 і молярний об'єм. Це рівняння дозволяє обчислити щільність повітря в сухому стані.

На практиці, щоб дізнатися яка щільність повітря при різних температурах, Зручно скористатися готовими таблицями. Наприклад, наведеною таблицею значень щільності 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 при нормальному атмосферному 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 щільність 1,185 кг / м 3. При нагріванні щільність повітря знижується - повітря розширюється (його питома обсяг збільшується). З ростом температури, наприклад до 1200 ° С, досягається дуже низька щільність повітря, що дорівнює 0,239 кг / м 3, що в 5 разів менше її значення при кімнатній температурі. У загальному випадку, зниження при нагріванні дозволяє проходити такого процесу, як природна конвекція і застосовується, наприклад, в повітроплавання.

Якщо порівняти щільність повітря відносно, то повітря легше на три порядки - при температурі 4 ° С щільність води дорівнює 1000 кг / м 3, а щільність повітря становить 1,27 кг / м 3. Необхідно також відзначити значення щільності повітря при нормальних умовах. Нормальними умовами для газів є такі, при яких їх температура дорівнює 0 ° С, а тиск дорівнює нормальному атмосферному. Таким чином, згідно з таблицею, щільність повітря при нормальних умовах (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) при різній температурі. Ця величина потрібно для обчислення числа Рейнольдса, Грасгофа, Релея, значення яких визначають режим течії цього газу. У таблиці дані значення коефіцієнтів динамічної μ і кінематичної ν в'язкості повітря в діапазоні температури від -50 до 1200 ° С при атмосферному тиску.

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

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

Динамічна та кінематична в'язкість повітря при різних температурах - 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 ступеня 10 6.

Питома теплоємність повітря при температурі від -50 до 1200 ° С

Представлена \u200b\u200bтаблиця питомої теплоємності повітря при різних температурах. Теплоємність в таблиці дана при постійному тиску (ізобарна теплоємність повітря) в інтервалі температури від мінус 50 до 1200 ° С для повітря в сухому стані. Чому дорівнює питома теплоємність повітря? Величина питомої теплоємності визначає кількість тепла, яке необхідно підвести до одного кілограму повітря при постійному тиску для збільшення його температури на 1 градус. Наприклад, при 20 ° С для нагрівання 1 кг цього газу на 1 ° С в изобарном процесі, потрібно підвести 1005 Дж тепла.

Питома теплоємність повітря збільшується зі зростанням його температури. Однак, 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 надавати зі значення 130 ° С. Однак, температура повітря впливає на його питому теплоємність набагато слабкіше, 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 вище, ніж сухого. Якщо порівняти і повітря, то очевидно, що вода має вищий її значенням і вміст води в повітрі призводить до збільшення питомої теплоємності.

Питома теплоємність повітря при різних температурах - 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 і його число Прандтля в залежності від температури. Теплофізичні властивості повітря дані в інтервалі від -50 до 1200 ° С для сухого повітря. За даними таблиці видно, що зазначені властивості повітря істотно залежать від температури і температурна залежність розглянутих властивостей цього газу різна.