Зависимость теплопроводности воздуха от давления

Теплопроводность воздуха в зависимости от температуры и давления

Теплопроводность воздуха в зависимости от температуры при атмосферном давлении

В таблице приведены значения теплопроводности воздуха λ в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении.

Величина коэффициента теплопроводности воздуха необходима при расчетах теплообмена и входит в состав чисел подобия, например таких, как число Прандтля, Нуссельта, Био.

Теплопроводность выражена в размерности Вт/(м·град) и дана для газообразного воздуха в интервале температуры от -183 до 1200°С. Например, при температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении теплопроводность воздуха равна 0,0259 Вт/(м·град).

При низких отрицательных температурах охлажденный воздух имеет малую теплопроводность, например при температуре минус 183°С, она составляет всего 0,0084 Вт/(м·град).

По данным таблицы видно, что с ростом температуры теплопроводность воздуха увеличивается. Так, при увеличении температуры с 20 до 1200°С, величина теплопроводности воздуха возрастает с 0,0259 до 0,0915 Вт/(м·град), то есть более чем в 3,5 раза.

Теплопроводность воздуха в зависимости от температуры — таблица

t, °С λ, Вт/(м·град) t, °С λ, Вт/(м·град) t, °С λ, Вт/(м·град) t, °С λ, Вт/(м·град)
-183 0,0084 -30 0,022 110 0,0328 450 0,0548
-173 0,0093 -20 0,0228 120 0,0334 500 0,0574
-163 0,0102 -10 0,0236 130 0,0342 550 0,0598
-153 0,0111 0,0244 140 0,0349 600 0,0622
-143 0,012 10 0,0251 150 0,0357 650 0,0647
-133 0,0129 20 0,0259 160 0,0364 700 0,0671
-123 0,0138 30 0,0267 170 0,0371 750 0,0695
-113 0,0147 40 0,0276 180 0,0378 800 0,0718
-103 0,0155 50 0,0283 190 0,0386 850 0,0741
-93 0,0164 60 0,029 200 0,0393 900 0,0763
-83 0,0172 70 0,0296 250 0,0427 950 0,0785
-73 0,018 80 0,0305 300 0,046 1000 0,0807
-50 0,0204 90 0,0313 350 0,0491 1100 0,085
-40 0,0212 100 0,0321 400 0,0521 1200 0,0915

Теплопроводность воздуха в жидком и газообразном состояниях при низких температурах и давлении до 1000 бар

В таблице приведены значения теплопроводности воздуха при низких температурах и давлении до 1000 бар.
Теплопроводность выражена в Вт/(м·град), интервал температуры от 75 до 300К (от -198 до 27°С).

Величина теплопроводности воздуха в газообразном состоянии увеличивается с ростом давления и температуры.
Воздух в жидком состоянии с ростом температуры имеет тенденцию к снижению коэффициента теплопроводности.

Черта под значениями в таблице означает переход жидкого воздуха в газ — цифры под чертой относятся к газу, а выше ее — к жидкости.
Смена агрегатного состояния воздуха существенно сказывается на значении коэффициента теплопроводности — теплопроводность жидкого воздуха значительно выше.

Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Теплопроводность газообразного воздуха при температуре от 300 до 800К и различном давлении

В таблице приведены значения теплопроводности воздуха при различных температурах в зависимости от давления от 1 до 1000 бар.
Теплопроводность выражена в Вт/(м·град), интервал температуры от 300 до 800К (от 27 до 527°С).

По данным таблицы видно, что с ростом температуры и давления теплопроводность воздуха увеличивается.
Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Теплопроводность воздуха при высоких температурах и давлении от 0,001 до 100 бар

В таблице приведены значения теплопроводности воздуха при высоких температурах и давлении от 0,001 до 1000 бар.
Теплопроводность выражена в Вт/(м·град), интервал температуры от 1500 до 6000К (от 1227 до 5727°С).

С ростом температуры молекулы воздуха диссоциирует и максимальное значение его теплопроводности достигается при давлении (разряжении) 0,001 атм. и температуре 5000К.
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Источники:

Теплопроводность в разреженных газах

Теплопроводность в разреженных газах

  • Согласно концепции кинетической теории газов, теплопроводность газа должна оставаться независимой от давления в определенном диапазоне его изменений. Когда это реально При уменьшении давления пропорционально уменьшается численная плотность молекул, являющихся носителями кинетической энергии и, соответственно, тепла. Но она растет. Средняя длина свободного пробега молекулы (также пропорциональная уменьшению давления), то есть длина пробега молекулы, движущейся в среднем в течение 2 collisions. В результате интенсивность молекулярного энергообмена не изменяется. Средняя длина свободного пробега молекулы увеличивается в ответ на снижение давления газа.

Однако, когда дело доходит до величины расстояния между поверхностями и того же порядка*)、 Когда он находится в теплопроводном состоянии, закон теплопроводности теряет свою силу. Это связано с тем, что линейность перепада температур в теплопроводящей среде нарушается. Линейное распределение Температура(при использовании понятия движения газа для объяснения) обусловлена тем, что избыточная кинетическая энергия возникает в результате воздействия молекул на нагретые молекулы. Однако вероятность того, что молекула пройдет все расстояние между твердыми телами Поверхности без промежуточных столкновений превышают известные пределы, что приводит к новым типам молекулярных столкновений.

Широкий диапазон этих параметров говорит о том, что еще требуется немало исследований, прежде чем будет получено вполне удовлетворительное соотношение для пузырчатого кипения. Людмила Фирмаль

Во-первых, столкновения необычного характера происходят только в простейшем случае очень низкого давления, то есть всех молекул газа 2 плоскости, параллельные неограниченной поверхности, средний свободный путь/(в этом случае、 Естественно, смысла не больше, чем рассчитанное значение). 70.Распределение температуры постного газа. 4-расстояние между стенами Температура 7 «и G» C-коэффициент скольжения. Много раз гонка заканчивается g. между plates.

В этом случае 7 или в предположении, что при столкновении со стенкой молекулы получают кинетическую энергию, соответствующую температуре Для T2, интенсивности теплопередачи, получим уравнение 57>где P-давление, t-средняя температура, молекулярная масса газа и газовую постоянную. Как вы можете видеть, расстояние между пластинами не входит в уравнение (57) при all. So, при включении промежуточного раздела (экрана) применяется формула (43) (см. Часть III, стр. 512). Очень трудно принять во внимание случай газа, средний свободный путь которого разбавлен лишь до некоторой степени в той же степени, что и следующее расстояние.

Тарелка. Это означает, что некоторые молекулы движутся непосредственно на расстоянии от I72、 Другая часть испытывает промежуточное столкновение с массой газа. Распределение температуры газа в этом случае соответствует почти непрерывной кривой ABVG на рисунке 2. 70.Эти Теплопередача Он вводит коэффициент скольжения* 2) C (DL на рисунке 70 или GE соответственно) и может быть определен с учетом толщины слоя газа 22C. Наклон при

  • Такое ослабление теплопроводности газа происходит при нормальном давлении, если газ заполняет поры примерно до среднего свободного path. Смолуховский 3> Очень тонкая сажа и диатомовая земля также могут быть получены с эффективной теплопроводностью небольшого разбавления (абсолютное значение давления 10 мм рт. ст.). Он гораздо меньше, чем неподвижный воздух. В области практического применения этого эффекта, несмотря на новые исследования (Knoblauch1).С тех пор было достигнуто лишь несколько успехов Получение этот вид отлично Тоже фигура.
Читайте также  Предохранительный клапан с регулировкой давления

Теплопроводность изоляции из стекловаты при пониженном давлении (эффект Смолуховского>показать теплопроводность для сравнения) Это все еще воздух (по Вершуру и Гриблеру). 1 — * эксперимент. 2-Теория; 3-воздух. Пыль-это очень сложно. В последнее время этот»эффект смольковского» *вновь привлек к себе внимание, причем еще больше на 2 фронтах. 1) объяснить механизм теплопередачи пористых тел (изоляционных веществ).

Последние попытки теоретически объяснить теплообмен в пузырчатом кипении направлены на установление связи движения пузырьков с их ростом. Людмила Фирмаль

Создание изолированных контейнеров (для транспортировки жидкого газа и др.) без использования глубокого вакуума, как корабли Дьюара (термос). Исследование теплопроводности утеплитель из стекловаты на дефицит до 0,001 мм рт. Искусство. Исполняется Вершуром и Грибблером2. На рисунке 1 71 показаны типичные результаты образца с плотностью 75 кг!

M при средней температуре 65°C Давление (в полном соответствии с вышеуказанными соображениями).После перехода определенной границы давления воздуха (около 10 мм рт. ст.) начинается коэффициент теплопроводности Сильно пониженное и независимое от давления только при очень сильной степени разрежения (около 0,01 мм рт. ст.).Это постоянная величина теплопроводности. Он соответствует теплопроводности волокон и теплопередаче только за счет излучения через поры. Теплопроводность газа здесь уже ничтожна. При диапазоне давлений 10-0, 1 мм рт. ст.

Средний свободный путь молекулы воздуха равен порядку среднего расстояния между волокнами 1 ^2-й шкале абсцисс (рис. 71) соответствует Средний свободный проход. Ломаная кривая показывает изменение теплопроводности, рассчитанное по упрощенной теории. Дальнейшие исследования эффекта Смолуховского относятся к таким, как Allkat2), Kling’), Schmidt и Leidenfrost). При давлении (примерно до 10-3 мм рт.

Таблица теплопроводности воздуха при различных температурах

Понимание природы теплоизоляционных свойств атмосферного воздуха позволяет грамотно применять его физические качества при создании строительных материалов и расчётах энергоэффективности зданий. Сама по себе теплопроводность воздуха, как и любых других газов и их смесей, не является постоянной величиной, а находится в зависимости от различных макропараметров.

Физика явления теплопередачи

Материя состоит из атомов и молекул. Эти частицы никогда не находятся в покое, то есть обладают кинетической энергией. Их подвижность обусловлена:

  • перемещениями;
  • вращениями;
  • колебаниями.

Тепловой энергией называют кинетическую энергию атомов и молекул. Её среднее значение в системе называют температурой. С точки зрения физики, все тела, окружающие нас, тёплые, так как неподвижность атомов в материи (температуру абсолютного ноля) можно описать теоретически, но недостижимо для практики.

Перенос тепловой энергии из одной термодинамической системы в другую называют теплообменом. Он всегда происходит в одном направлении – от тела с более высокой температурой к телу с более низкой — и продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто тепловое равновесие. При контакте сред с разной температурой остановить теплопередачу невозможно, её можно только замедлить. Сам теплообмен может осуществляться благодаря трём физическим явлениям:

  • теплопроводности;
  • конвекции;
  • излучению.

Теплопроводность — это передача тепла через тела с помощью столкновений молекул. Более подвижные частицы, контактируя с соседями, передают им часть энергии, таким образом создавая тепловой поток от нагретой части материала к холодной. Лучшие теплопроводники — металлы.

Конвекция требует текучей среды (жидкости или газа) и силы, действующей на среду, например, гравитации. Суть явления заключается в способности жидкости или газа менять плотность в связи с изменением температуры, благодаря чему под влиянием силы тяжести или другого внешнего воздействия происходит циркуляционное перемешивание. Таким образом тепло передаётся от горячих участков системы к холодным.

В этом видео вы узнаете о теплопроводности газов:

Излучение представляет собой способ передачи тепла, не нуждающийся в каком-либо контакте между источником тепла и нагреваемым объектом, как в случае с проводимостью или конвекцией.

Энергия передаётся через пространство с помощью электромагнитных волн со скоростью света. Хорошим примером в этом случае может быть нагрев Солнцем объектов на Земле с помощью излучения в видимом и инфракрасном диапазоне.

Коэффициент λ

Теплопроводность — явление, характерное для твёрдых тел, но оно свойственно также жидкостям и газам. Поскольку молекулы газов обладают большей свободой, чем молекулы твёрдых тел, у них значительно меньше шансов сталкиваться друг с другом и таким образом передавать тепло в среде. Благодаря этому газы обладают крайне низкой теплопроводностью.

Способность материалов к термическому переносу за счёт теплопроводности определяется коэффициентом λ, который равен количеству тепловой энергии, проходящей через единицу площади однородного материала единичной толщины при единичной разнице температур на сторонах образца. Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/м×K. Чем больше значение λ, тем хуже теплоизоляционные свойства материала. Величину, обратную λ, называют коэффициентом сопротивления теплопередаче.

Характерные для газов низкие показатели λ не означают, что толстый слой газа обеспечит лучшую изоляцию, чем такой же толщины газонаполненный пористый материал. Дело в том, что в больших объёмах газов создаются хорошие условия для конвекции, поэтому пористые материалы — гораздо лучшие изоляторы, чем однородные утеплители.

Теплопроводность воздуха

Воздух представляет собой смесь газов в различных пропорциях, каждый из которых обладает собственными теплофизическими характеристиками. Для удобства в расчётах вместо воздуха как смеси используют его модель как однородного газа. Основные газообразные компоненты воздуха:

  • кислород — 20,95% по объёму и 23,20% по весу;
  • азот — 78,09% и 75,47%, соответственно;
  • углекислый газ — 0,03% и 0,046%;
  • водород, аргон, криптон и другие газы в ничтожных количествах.

С повышением температуры кинетическая энергия молекул атмосферных газов растет, они начинают двигаться с большей скоростью, расстояние между ними и их свободный пробег увеличиваются. Этот процесс заметен как понижение плотности воздуха. Вместе с разрежением растёт и сопротивление теплопередаче.

Изменение теплопроводности смеси атмосферных газов — сложный процесс, зависящий от многих физических явлений, например, от влажности. Поэтому коэффициент теплопроводности воздуха при различных температурах — не расчётная величина, а усреднённый результат многочисленных экспериментов. Следует отметить, что для атмосферных колебаний давления изменениями λ можно пренебречь. Таблица коэффициентов теплопроводности воздуха в зависимости от значений температуры выглядит так:

Температура, K λ, Вт/(м·град) Т λ Т λ Т λ
90 0,0084 230 0,0204 370 0,0315 600 0,0469
100 0,0093 240 0,0212 380 0,0323 650 0,0497
110 0,0102 250 0,0221 390 0,0330 700 0,0524
120 0,0111 260 0,0229 400 0,0338 750 0,0549
130 0,0120 270 0,0238 420 0,0352 800 0,0573
140 0,0129 280 0,0246 440 0,0366 850 0,0596
150 0,0138 290 0,0254 460 0,0380 900 0,0620
160 0,0147 300 0,0262 480 0,0394 950 0,0643
170 0,0155 310 0,0269 500 0,0407 1000 0,0667
180 0,0164 320 0,0277 520 0,0420 1050 0,0691
190 0,0172 330 0,0285 540 0,0433 1100 0,0715
200 0,0180 340 0,0292 560 0,0445 1150 0,0739
210 0,0188 350 0,0300 580 0,0457 1200 0,0763
220 0,0196 360 0,0308

Эти данные точны для сухого газообразного воздуха в состоянии покоя при атмосферном давлении 1 бар при идеальных пропорциях составляющих его газов. На практике отклонения от табличных значений могут быть вызваны самыми разнообразными факторами.

Читайте также  Как почистить регулятор давления воды в квартире?

Например, наличие промышленных производств, выбрасывающих в атмосферу огромное количество химических и биологических микрочастиц (альдегиды, аммиак, оксиды, тяжёлые металлы), приводит к значительным загрязнениям атмосферы, а подобные примеси в больших количествах способны не только локально изменить теплопроводность воздуха, но и повлиять на глобальный теплообмен в атмосфере.

«РОСАТОМ» — НИЯУ МИФИ

ГОЛОВНОЙ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ДАННЫХ

База данных по теплофизическим свойствам газов и их смесей, используемых в ЯЭУ

Теплофизические свойства воздуха

В этом разделе приведены формулы и таблицы для расчета основных теплофизических характеристик воздуха в диапазоне температур Т от 270 К до 2000 К и при давлении Р в диапазоне от 0,1 MПa до 4 МПа. При таких параметрах воздух сходен по свойствам с разреженным газом. В этом разделе были использованы работы [10, 11, 21, 23]. Даны интервалы применимости формул и точности аппроксимации приведенных данных.

Фундаментальные константы для воздуха:

Молекулярный вес M=28,96 [5]

Удельная газовая постоянная R=287,11 ± 0,1 Дж/( кг·K ) [5]

Плотность, удельный объем

Плотность при давлении Р = 0,1 МПа и температурах Т в диапазоне от 270 К до 2000 К в кг/м 3 :

r 0 ,1 = — 2,825 × 10 — 3 + 348/ T — 346 / T 2 (1)

Точность аппроксимации не превышает ± 1 %.

Для давлений Р в диапазоне от 0,1 МПа до 4 МПа и температур в диапазоне T = 270 ÷ 2000 К

Точность аппроксимации при температурах в диапазоне Т >500 К не более ± 1,5 %.

Удельный объем , м 3 /кг:

Точность аппроксимации не более ± 1,5 %.

Удельная изобарная теплоемкость при давлении Р = 0,1 МПа и температурах в диапазоне от 270 К до 2000 К в Дж/(кг К):

H 0 ,1 = 1029 — 0,266 T + 0,767·10 — 6 T 2 — 5,04 10 — 7 T 3 + 1,128 10 — 9 T 4 (4)

Точность аппроксимации не превышает ± 0,7 %.

При давлениях Р в диапазоне от 0,1 МПа до 4 МПа и температурах в диапазоне T = 270 ÷ 2000 К :

где b1 = — 0,866 — 0,0035T + 1,1 × 10 — 6 T 2

Точность аппроксимации не превышает ± 1 % при температурах в диапазоне Т 1600 К не превышает 1,5 %.

Энтальпия (Дж/кг) при давлении Р = 0,1 МПа, и температурах в диапазоне T = 270 ÷ 2000 К (начальная точка отсчета определена 270 К).

При давлениях Р в диапазоне от 0,1 МПа до 5 МПа и температурах в диапазоне T = 270 ÷ 1300 К :

(6)

Н p n ( T ) – это теплоемкость в середине температурного интервала разбиения, D Т = 10 К — температурный интервал разбиения, Ti — в середине температурного интервала.

Энтропия (Дж/(кг K )) (начальная точка отсчета 270 К) :

Δ S = S ( T ) — S ( T = 270 К) = Δ H / T ( 7 )

Точность аппроксимации определяется по точности используемых соотношений.

Коэффициент теплопроводности при давлении 0,1 МПа и температурах T от 270 К до 2000 К в Вт/(м К):

α 0 ,1 = ( — 6,364 + 0,137T — 1,13 10 — 4 T 2 + 6,363 10 — 8 T 3 — 1,146 10 — 11 T 4 ) 10 — 3 ( 8 )

Точность аппроксимации не более 1 %.

При давлениях в диапазоне от 0,1 до 4 МПа и температурах в диапазоне T = 270 ÷ 2000 К

α = α0,1 [1 + e (p — 0 ,1 )], ( 9 )

где e = 10 f , f = — 1,1 — 0,00237T + 7,143 10 — 7 T 2 .

Точность аппроксимации не более 2 %.

Коэффициент динамической вязкости при давлении 0,1 МПа и температурах в диапазоне T = 270 К ÷ 2000 К в Па с:

β 0 ,1 = (4,031 + 0,0551 T — 2,2 × 10 — 5 T 2 + 5,43 × 10 — 9 T 3 ) 10 — 6 (10)

Точность аппроксимации не более ± 1 %.

При давлениях в диапазоне от 0,1 до 4 МПа и температурах в диапазоне T = 270 ÷ 2000 К :

β = β 0 ,1 [1 + c(p — 0,1)], ( 11 )

d = log c = — 1,105 — 0,00367T + 1,776 × 10 — 7 T 2 (13)

Точность аппроксимации не более ± 1 %.

Скорость звука при давлении 0,1 МПа и температурах Т в диапазоне от 270 К до 2000 К (м/с):

w 0 ,1 = 214,1 + 0,493 T — 8,815 × 10 -5 T 2 (14)

Точность аппроксимации не более ± 1 %.

При давлениях Р в диапазоне от 0,1 до 5 МПа и температурах в диапазоне T = 270 ÷ 2000 К ,

w = w 0 ,1 (1 + 0,00261 P + 3,03 × 10 -4 P 2 ) (15)

Точность аппроксимации не более ± 2 %.

Показатель адиабаты при давлении 0,1 МПа и температурах T от 270 К до 2000 К:

k 0 ,1 = Н pv = 1,436 — 0,0001154 T + 1,778 × 10 -8 T 2 (16)

Точность аппроксимации не более ± 2 %.

При давлении Р в диапазоне от 0,1 до 4 МПа и T = 270 ÷ 2000 К

k = k 0,1 [1 + 0,012 ( p – 0,1)] (17)

Точность аппроксимации не более ± 4 %.

Данные, приведенные в таблице ниже, рассчитаны по приведенным выше соотношениям. Кроме того, соотношение δ = β/ r используется для расчета коэффициента кинематической вязкости; γ = α/( H p r ) – для коэффициента температуропроводности , и ε = δ/γ – для числа Прандтля.

Погрешности для δ, γ , ε вычисляются на основе погрешностей исходных величин, с применением propagation law .

Теплопередача при низких давлениях

Течение газов при низких давлениях (молекулярное течение)

Течение плотного газа по трубам связано с его вязкостью. Вязкость газа обусловлена столкновениями молекул друг с другом. В вакууме, когда столкновений между молекулами практически нет, трение связано с передачей импульса непосредственно стенкам, так как молекулы сталкиваются только со стенками. Трение перестаёт быть «внутренним», а течение газа в условиях вакуума называется молекулярным течением.

При обычном течении вязкого газа необходима разность давлений для преодоления силы вязкого трения. В состоянии вакуума вязкость отсутствует, но разность давлений необходима для того, чтобы было течение. Процесс течения разреженного газа через малое отверстие под влиянием разности давлений называется эффузией газа. Газ с меньшей молярной массой при одинаковых условиях течёт легче. Если пропустить смесь газов через систему малых отверстий, находящихся на разных уровнях, то при многократном пропускании выделенных порций газа можно разделить смесь на составные части.

В состоянии вакуума молекулы газа практически не сталкиваются друг с другом, а сталкиваются только со стенками сосуда, в котором газ находится. Поэтому правильнее говорить не о теплопроводности газа, а о теплопередаче газом теплоты, так как никакого градиента температур в объёме сосуда нет.

Теплопроводность при высоких давлениях, при которых газ не находится в состоянии вакуума, не зависит от давления из-за того, что коэффициент теплопроводности определяется через произведение плотности, прямо пропорционально зависящей от давления, и средней длины свободного пробега, обратно пропорциональной давлению. Теплопередача же газа при низких давлениях, находящегося в состоянии вакуума, увеличивается с ростом давления, так как увеличивается число столкновений молекул со стенками сосуда. Коэффициент теплопередачи определяют по формуле:

, (5.33)

в которой средняя длина свободного пробега отсутствует, а вместо неё входит линейный размер сосуда, например, диаметр сосуда, который не зависит от давления. Поскольку плотность газа может мыть выражена как , а концентрация может быть выражена через макроскопические параметры состояния –давление и температуру , коэффициент теплопередачи можно определить по формуле:

Читайте также  Ремонт реле давления насосной станции своими руками

, (5.34)

где учтено, что и . Из формулы (5.34) видно, что теплопередача сильно разреженных газов прямо пропорциональна давлению.