空氣性質 — 密度、黏度、熱容量和導熱係數

概述

以體積計，乾空氣約由 78 % 的氮氣、21 % 的氧氣和 1 % 的氬氣混合而成。其熱物理性質會隨溫度與壓力改變，是 HVAC 設計、燃燒計算、氣動系統和大氣科學的重要輸入資料。本頁彙整標準條件下的主要性質數值，提供精簡的參考表格，並說明常見的工程計算。

標準條件下的性質

體積彈性模數

來源的空氣性質參考資料列出空氣的體積彈性模數。在標準大氣壓力下，此值約為 1.01325×10^5 Pa (101.325 kPa)，相當於 14.7 psi。

相變與臨界點資料

臨界點的臨界密度為 302.6 kg/m³。

互動式空氣相圖參考點

下方保留原始空氣相圖，並將圖上標示的參考點轉為結構化資料，使相變資訊不會只存在於點陣圖中。

密度與溫度的關係

在中等溫度範圍內，密度大致隨溫度升高而線性下降，但實際關係遵循理想氣體定律（$\rho \propto 1/T$）。

計算器 — 空氣密度（理想氣體）

計算器 — 空氣質量

計算器 — 動力黏度與運動黏度

計算器會對來源表格中大氣壓力下乾空氣的數值進行內插。

計算器 — 熱傳導係數

計算器 — 比熱與顯熱

計算器 — 浮升力

還原的原始來源表格

以下表格由原始來源頁面還原，以保留完整的參考資料。

來源頁面的計算器訊號

快取的來源頁面包含一個表單和 58 個輸入元素，但這些訊號來自共用的 Engineering ToolBox 頁面控制項及搜尋／版面配置小工具，並非 59 個獨立的空氣性質計算器。上方的密度、空氣質量、動力黏度與運動黏度、熱傳導係數、顯熱及熱空氣浮升力計算器，則是移植後具實質工程計算功能的對應工具。

原始來源圖片

以下保留原始來源圖片，以免遺失視覺參考資料。若圖片包含圖表或表格資料，其擷取值已呈現在頁面表格、計算器或互動式圖表中；其餘圖片則保留作為視覺來源參考。

工程要點

• 濕度很重要。 上述數值適用於乾空氣。在相同溫度與壓力下，濕空氣的密度較低，因為水蒸氣（$M \approx 18$）比其取代的 N₂/O₂ 混合物輕。進行精確的 HVAC 與濕空氣計算時，應使用經濕度修正的密度。
• 壓力依存性。 在中等壓力下（約 0.5–2 bar），空氣的行為接近理想氣體。高壓時（例如超過 10 bar 的壓縮空氣系統），應套用可壓縮性修正。
• 標準參考狀態。 資料通常以 0 °C / 1 bar 或 15 °C / 1 atm（ISA 標準）表示。比較不同來源的數值時，務必確認其參考狀態。
• 臨界點。 超過 132.63 K 和 3.786 MPa 後，單靠加壓無法使空氣液化；這對低溫空氣分離廠的設計相當重要。
• 黏度趨勢。 與液體不同，氣體黏度會因分子動量傳遞增加而隨溫度上升。動力黏度會從 0 °C 時約 17 μPa·s，上升至 100 °C 時約 23 μPa·s。
• 比熱比。 環境條件下乾空氣的比值 $k = C_p/C_v \approx 1.40$，廣泛用於等熵流動與壓縮計算。

關鍵公式

理想氣體密度

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

其中 $p$ 為絕對壓力 (Pa)，$R$ 為乾空氣的比氣體常數（$287.058\;\text{J kg}^{-1}\text{K}^{-1}$），$T$ 為絕對溫度 (K)。

由密度計算質量

$m = V\,\rho$

浮升力

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

顯熱傳遞

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

變數

參考資料

• Engineering ToolBox — 空氣性質
• CRC Handbook of Chemistry and Physics，標準熱物理性質表
• ISO 2533:1975 — Standard Atmosphere