Lufteigenschaften — Dichte, Viskosität, Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit

Überblick

Trockene Luft ist eine Mischung aus etwa 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff und 1 % Argon nach Volumen. Ihre thermophysikalischen Eigenschaften variieren mit Temperatur und Druck und sind wesentliche Eingangsgrößen für die HLK-Planung, Verbrennungsberechnungen, pneumatische Systeme und die Atmosphärenwissenschaft. Diese Seite fasst wesentliche Eigenschaftswerte unter Standardbedingungen zusammen, bietet kompakte Referenztabellen und veranschaulicht gängige ingenieurmäßige Berechnungen.

Eigenschaften unter Standardbedingungen

Kompressionsmodul

Die Quellenreferenz für Lufteigenschaften listet den Kompressionsmodul für Luft. Bei Standardatmosphärendruck beträgt dieser ca. 1.01325×10^5 Pa (101.325 kPa), was 14.7 psi entspricht.

Phasenwechsel- und Kritische-Punkt-Daten

Kritische Dichte am kritischen Punkt ist 302.6 kg/m³.

Interaktive Punkte des Luftphasendiagramms

Das ursprüngliche Luftphasendiagramm wird unten beibehalten. Seine beschrifteten Referenzpunkte sind hier auch als strukturierte Daten dargestellt, sodass die Phasenwechselinformationen nicht nur innerhalb des Bitmaps verfügbar sind.

Dichte vs. Temperatur

Die Dichte nimmt über moderate Bereiche annähernd linear mit der Temperatur ab, aber die wahre Beziehung folgt dem idealen Gasgesetz ($\rho \propto 1/T$).

Rechner — Luftdichte (Ideales Gas)

Rechner — Luftmasse

Rechner — Dynamische und kinematische Viskosität

Die Werte der Quellentabelle werden für trockene Luft bei Atmosphärendruck interpoliert.

Rechner — Wärmeleitfähigkeit

Rechner — Spezifische Wärme und fühlbare Wärme

Rechner — Auftriebskraft

Wiederhergestellte Original-Quellentabellen

Die folgenden Tabellen werden von der originalen Quellenseite wiederhergestellt, um die vollständigen Referenzdaten zu bewahren.

Quell-Rechner Signale

Die zwischengespeicherte Quellenseite enthält ein Formular und 58 Eingabeelemente, aber diese Signale stammen von gemeinsamen Engineering ToolBox Seitensteuerelementen und Such-/Layout-Widgets, nicht von 59 unabhängigen Luft-Eigenschafts-Rechnern. Die migrierten funktionalen Äquivalente für die substantiellen Ingenieurberechnungen sind die Dichte-, Luftmasse-, dynamische und kinematische Viskosität-, Wärmeleitfähigkeit-, fühlbare Wärme- und Heiße-Luft-Hebekraft-Rechner oben.

Original-Quellenbilder

Die folgenden originalen Quellenbilder werden bewahrt, um visuelles Referenzmaterial nicht zu verlieren. Wenn ein Bild Diagramm- oder Tabellendaten enthält, werden seine extrahierten Werte in den Seitentabellen, Rechnern oder interaktiven Diagrammen dargestellt; verbleibende Bilder werden als visuelle Quellenreferenzen beibehalten.

Technische Hinweise

• Feuchtigkeit ist wichtig. Obige Werte gelten für trockene Luft. Feuchte Luft ist bei gleicher Temperatur und Druck weniger dicht, weil Wasserdampf ($M \approx 18$) leichter ist als die N₂/O₂-Mischung, die er verdrängt. Verwenden Sie feuchtigkeitskorrigierte Dichte für genaue HVAC- und psychrometrische Berechnungen.
• Druckabhängigkeit. Bei mäßigem Druck (etwa 0,5–2 bar) verhält sich Luft nahezu ideal. Bei hohem Druck (z.B. Druckluftsysteme über 10 bar), wenden Sie Kompressibilitätskorrekturen an.
• Standardreferenzzustände. Daten werden häufig bei 0 °C / 1 bar oder bei 15 °C / 1 atm (ISA-Standard) berichtet. Bestätigen Sie immer den Referenzzustand beim Vergleich von Werten aus verschiedenen Quellen.
• Kritischer Punkt. Oberhalb von 132.63 K und 3.786 MPa kann Luft nicht allein durch Druck verflüssigt werden; dies ist relevant für die Auslegung kryogener Luftzerlegungsanlagen.
• Viskositätstrend. Im Gegensatz zu Flüssigkeiten steigt die Gasviskosität mit der Temperatur aufgrund des erhöhten molekularen Impulstransfers. Die dynamische Viskosität steigt von etwa 17 μPa·s bei 0 °C auf etwa 23 μPa·s bei 100 °C.
• Spezifisches Wärmeverhältnis. Das Verhältnis $k = C_p/C_v \approx 1.40$ für trockene Luft bei Umgebungsbedingungen wird häufig in isentropen Strömungs- und Berechnungen verwendet.

Wichtige Formeln

Idealgasdichte

$\rho = \frac{p}{R\,T}$

wobei $p$ der absolute Druck (Pa) ist, $R$ die spezifische Gaskonstante für trockene Luft ($287.058\;\text{J kg}^{-1}\text{K}^{-1}$) und $T$ die absolute Temperatur (K).

Masse aus Dichte

$m = V\,\rho$

Auftriebskraft (Hebekraft)

$F_l = V\left(\rho_{\text{cool}} - \rho_{\text{hot}}\right)g$

Fühlbare Wärmeübertragung

$Q = m\,C_p\,\Delta T$

Variablen

Referenzen

• Engineering ToolBox — Lufteigenschaften
• CRC Handbook of Chemistry and Physics, Standard-thermophysikalische Tabellen
• ISO 2533:1975 — Standardatmosphäre