Тепловые свойства воды — плотность, теплоёмкость и теплопроводность

Основные термодинамические константы и инженерные справочные значения для воды, включая точку кипения, критическую точку, скрытую теплоту, плотность, удельную теплоемкость, теплопроводность, вязкость и тепловое расширение.

waterthermalpropertiesКалькуляторТаблица данных

Обзор

Вода является базовым теплоносителем для расчётов в системах HVAC, промышленных процессах, энергетике и лабораторных вычислениях. На этой странице объединены оригинальный обзор тепловых свойств воды из Engineering ToolBox и практические температурно-зависимые значения, обычно необходимые для инженерных оценок.

Исходная справочная страница представляет собой в основном индекс свойств и сводку констант. Температурные таблицы ниже содержат типичные инженерные значения при приблизительно 1 атм и должны использоваться как удобные справочные данные; для расчётов при высоком давлении, в области насыщения или вблизи критической точки используйте специализированные справочные страницы по свойствам или формулировки IAPWS.

Основные термодинамические константы

19 строк

Термодинамические константы для воды, сохранённые из исходной справочной страницы
Свойство	Значение	Условие или эквивалентные единицы
Температура кипения	99.974 °C = 211.953 °F	При 101.325 кПа
Модуль упругости объёмный	2.15 × 10⁹ Па	Эквивалентно Н/м²
Критическая температура	373.946 °C = 705.103 °F	Жидкая и паровая фазы становятся неотличимыми
Критическое давление	217.7 атм = 220.6 бар = 22.06 МПа = 3200 psi	Давление в критической точке
Критическая плотность	0.322 г/см³ = 0.62478 слаг/фут³ = 20.1018 фунт/фут³	Плотность в критической точке
Константа ионизации	pKw = 13.995	При 25 °C
Скрытая теплота плавления	334 kJ/kg = 144 Btu/lb	Фазовый переход лёд-вода
Скрытая теплота испарения	40.657 kJ/mol = 2256 kJ/kg = 970 Btu(IT)/lb	При 100 °C
Максимальная плотность	999.975 kg/m3 = 1.9403 slug/ft3 = 8.34519 lbm/US gal	При 4 °C
Температура плавления	0 °C = 32 °F	При 101.325 кПа
Молярная масса	18.01527 g/mol	H2O
pH	6.9976	При 25 °C
Удельная теплоёмкость жидкой воды	4.187 kJ/(kg K) = 1.001 Btu/(lbm degF)	При 15 °C / 60 °F
Удельная теплоёмкость льда	2.108 kJ/(kg K) = 0.5035 Btu/(lbm degF)	Твёрдая фаза
Удельная теплоёмкость водяного пара	1.996 kJ/(kg K) = 0.4767 Btu/(lbm degF)	Паровая фаза
Удельный вес	9,806 кН/м³ = 62,43 фунт-сил/фт³	При 4 °C
Объемное тепловое расширение	4.2 x 10^-4	От 4 °C до 100 °C; нелинейная зависимость от температуры
Давление тройной точки	0,00604 атм = 0,00612 бар = 611,657 Па = 0,08871 psi	Твёрдое, жидкое и парообразное состояния сосуществуют
Температура тройной точки	0,01 °C = 32,02 °F	Твёрдое, жидкое и парообразное состояния сосуществуют

Источник: engineeringtoolbox.com

Свойства, зависящие от температуры

11 строк

Типичные инженерные свойства жидкой воды при атмосферном давлении
Температура (degC)	Плотность (kg/m3)	Удельная теплоёмкость (kJ/(kg K))	Теплопроводность (W/(m K))	Динамическая вязкость (mPa s)	Число Прандтля
0	999.8	4.217	0.561	1.792	13.5
10	999.7	4.193	0.58	1.307	9.45
20	998.2	4.182	0.598	1.002	7.01
30	995.7	4.178	0.615	0.798	5.42
40	992.2	4.179	0.631	0.653	4.33
50	988.1	4.181	0.644	0.547	3.55
60	983.2	4.185	0.655	0.467	2.99
70	977.8	4.19	0.663	0.404	2.55
80	971.8	4.197	0.67	0.355	2.21
90	965.3	4.205	0.675	0.315	1.95
100	958.4	4.216	0.679	0.282	1.75

Источник: engineeringtoolbox.com

Основные формулы

Передача явной теплоты

$Q = \dot{m} c_p \Delta T$

где $Q$ — скорость теплопередачи, $\dot{m}$ — массовый расход, $c_p$ — удельная теплоёмкость, а $\Delta T$ — изменение температуры.

Температуропроводность

$\alpha = \frac{k}{\rho c_p}$

где $\alpha$ — температуропроводность, $k$ — теплопроводность, $\rho$ — плотность, а $c_p$ — удельная теплоёмкость.

Коэффициент объёмного расширения

$\beta = -\frac{1}{\rho}\left(\frac{\partial \rho}{\partial T}\right)_p$

Расширение воды нелинейно зависит от температуры. При 4 °C вода достигает максимальной плотности, поэтому знак и величина $\beta$ изменяются вблизи этой точки.

Калькулятор явного тепла

Теплопередача явного тепла воды

Массовый расход(kg/s)

Удельная теплоёмкость(kJ/(kg K))

Изменение температуры(K)

Тенденции свойств

Зависимость свойств воды от температуры

Связанные страницы свойств воды

Используйте специализированные страницы свойств, когда важны давление, граница фаз или более широкий диапазон температур:

Ссылки

Engineering ToolBox - Тепловые свойства воды
IAPWS, Релизы и руководства для свойств воды и пара
NIST Chemistry WebBook, Термофизические свойства жидкостных систем

Источник: engineeringtoolbox.com