Теплофизические свойства воздуха
Опубликовано 14 Мар 2020
Рубрика: Теплотехника | 7 комментариев
В огромном количестве теплотехнических задач, в том числе для не очень простых расчетов коэффициентов теплоотдачи на границах нагретых твердых тел и окружающего их воздушного пространства, требуется знать значения целого набора теплофизических свойств воздуха.
Эти параметры, существенно зависящие от температуры, можно найти в таблицах справочников и учебников по теплотехнике. Однако гораздо удобнее представить табличные данные в виде аппроксимирующих функций, которые позволят быстро и точно вычислять данные для любых значений температуры в заданном диапазоне. Полученные зависимости удобно использовать в более сложных расчетах, не отвлекаясь на рутинную подготовку данных по справочникам.
Расчет в Excel теплофизических свойств воздуха:
В расчете, написанном в программе Excel, вычисления выполняются по нижеприведенным формулам, в которых переменная t – температура воздуха в градусах Цельсия:
Т=t+273,15, К (1)
ρ=353,089/(t+273,15), кг/м3 (2)
μ=(a0+a1*t+a2*t2+a3*t3)/1000000, Па*с (3)
где:
- a0=+1,71625E+01
- a1=+4,82102E-02
- a2=- 2,17419E-05
- a3=+7,06065E-09
Cp=a0+a1*t+a2*t2+a3*t3+a4*t4, Дж/(кг*К) (4)
где:
- a0=+1,00564E+03
- a1=+7,43322E-03
- a2=+5,78429E-04
- a3=-5,87508E-07
- a4=+1,81359E-10
λ=(a0+a1*t+a2*t2+a3*t3)/100, Вт/(м*К) (5)
где:
- a0=+2,41822
- a1=+7,32841E-03
- a2=-2,53698E-06
- a3=+9,34274E-10
ν=μ/ρ, м2/с (6)
β=1/T, К-1 (7)
α=λ/(Cp*ρ), м2/с (8)
Pr=μ*Cp/λ (9)
Формулы выдают достоверные результаты при нормальном атмосферном давлении сухого воздуха (P=101325 Па) в достаточно широком диапазоне температур 200…1500 К (-73…+1227 °С).
Четыре параметра: объемная плотность (ρ), динамический коэффициент вязкости (μ), удельная изобарная теплоемкость (Cp) и коэффициент теплопроводности (λ) вычисляются по эмпирическим аппроксимирующим зависимостям. Остальные свойства воздуха – по определенным и обоснованным теорией формулам.
В качестве базовой для получения аппроксимирующих функций была взята таблица параметров сухого воздуха из [1] — одного из самых «свежих» учебников по теплопередаче, опубликованного в июле 2019 года.
Далее в таблице показаны диапазоны относительных погрешностей между значениями теплофизических свойств воздуха, вычисленными по эмпирическим формулам и значениями из таблицы-первоисточника [1] в диапазоне температур 250…1500 К (-23…+1227 °С).
Погрешности вычислений по полученным формулам не превышают по модулю 0,8%, что наверняка меньше погрешностей экспериментальных данных, представленных в базовой таблице.
При расширении температурного диапазона в сторону отрицательных значений до 200 К (-73 °С) погрешность определения динамического коэффициента вязкости (μ) возрастает до +1,4%, а коэффициента теплопроводности (λ) – до +1,8%, что, тем не менее, абсолютно приемлемо в большинстве практических вычислений.
Литература:
- John H. Lienhard IV, John H. Lienhard V, A Heat Transfer Textbook (Fifth Edition), Phlogiston Press, Cambridge, Massachusetts, U.S.A. 10.07.2019 (web.mit.edu/lienhard/www/AHTTv500.pdf).
Ссылка на скачивание файла: teplofizicheskie-svojstva-vozduha (xlsx 11,0KB).
Статьи с близкой тематикой
Отзывы
7 комментариев на «Теплофизические свойства воздуха»
Ваш отзыв
Посетители: 2,2 млн
Спасибо за статьи. Очень помогли мне в теплотехнике для расчёта расхода газа на отопление. Я энергетик. Недавно пытался сделать эжектор воздух-вода для аэрации водяного бассейна ЛОС. Нашёл в интернете формулы, собрал, вроде всё точно, но эжекция плохая, в воде много пузырькового воздуха. Поднимаю давление воздуха, в обратку бьёт, снижаю, вообще всё пузырями. Полагаю, что что-то не так с расчётной температурой воды и воздуха Сейчас проанализирую ваши формулы может что придумаю.
Спасибо. С удовольствием ждем новых расчетов. Может с гексаном конденсаторы посчитаете? — по Масликову. Очень поможет.
Ваш подход — отказ от таблиц очень правильный, когда компьютер может посчитать все. Также думаю каждый раз, когда сталкиваюсь с выборкой из таблиц.
Есть вопрос.
На практике сухой воздух не бывает. Бегло глянув на формулы, может я не заметил, но влияние влажности учтено, или нет?
В заголовке расчетной таблицы и в тексте указано: сухой воздух при нормальном давлении.
С сухим-то воздухом разобраться не могут — данные таблиц разных авторов разнятся более чем на ±5%...
Для влажного воздуха можете посмотреть ГСССД 125-88.
Так будет или нет влажный воздух в Ваших разработках согласно этому самому ГСССД 125-88? Уж очень хочется! Практика этого очень требует.
Публикаций на тему «влажный воздух» в ближайшее время не планирую.
Спасибо Александр. Меня интересуют практически все темы что и вас по воздуху книги:
Сычев В.В. — Термодинамические свойства воздуха — 1978 (disk.yandex.ua/i/imJVxkIs9qguiw)
Варгафтик В.П. и др. — Справочник по теплопроводности жидкостей и газов — 1990 (disk.yandex.ua/i/AHDRsxcHNQA1hA)
Варгафтик Н.Б. — Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей — 1972 (disk.yandex.ua/i/dULWFhnjkjCkQg)
Другие книги (disk.yandex.ua/d/ByNuzAeF3RHncD)