不同溫度和壓力下的乾空氣性質

概述

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乾空氣在大氣壓力（1 atm / 101.325 kPa）下的熱力學與輸運性質會隨絕對溫度變化。資料範圍從 175 K 至 1900 K，涵蓋比熱、黏度、導熱係數、普朗特數、運動黏度、密度及熱擴散率。乾空氣視為理想氣體混合物（依體積約含 78% N₂、21% O₂、1% Ar），比氣體常數為 287.058 J/(kg·K)。

原始來源將導熱係數描述為材料由周遭環境吸收熱量快慢的量度，並列出一大氣壓下從 175 K 至 1900 K 的乾空氣性質。來源也列出相關黏度參考資料：空氣 — 絕對黏度與運動黏度 — SI & 英制單位及空氣 — 絕對黏度與運動黏度 — 英制單位。

原始頁面提醒，若要查看包含比熱比、導熱係數、普朗特數、運動黏度、密度與擴散率的完整表格，請旋轉螢幕。下方還原的來源表格在移轉後頁面中保留了這些欄位。

關鍵公式

理想氣體密度

$\rho = \frac{P}{R_{\text{air}} \cdot T}$

由壓力與絕對溫度求得乾空氣密度，其中 $R_{\text{air}} = 287.058\;\text{J/(kg·K)}$。

焓變化

$\Delta h = c_p \cdot \Delta T$

使用定壓比熱計算一段溫度區間內的焓變化。

比熱比

$k = \frac{c_p}{c_v}$

比熱之比在低溫時接近 1.4；隨溫度升高、內能模態逐漸活化，其值會下降。

黏度的 Sutherland 定律

$\mu = \mu_0 \left(\frac{T}{T_0}\right)^{1.5} \frac{T_0 + S}{T + S}$

空氣動力黏度的近似式，其中 $\mu_0$ 是溫度 $T_0$ 下的參考黏度，Sutherland 常數為 $S \approx 110.4\;\text{K}$。

變量

1 atm 下的乾空氣性質

性質趨勢

空氣密度計算器

使用理想氣體定律計算任意壓力與溫度下的密度。

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。

乾空氣的熱力學與物理性質

工程要點

• 壓力相依性。 表列值假設壓力為 1 atm。壓力升高時，密度會依理想氣體模型隨壓力線性增加；但在中等壓力範圍內，黏度與導熱係數幾乎不受壓力影響。
• 濕度影響。 在相同溫度與壓力下，濕空氣的密度低於乾空氣，因為水蒸氣（M = 18.015 g/mol）比平均空氣分子（M ≈ 28.97 g/mol）輕。HVAC 與濕空氣性質計算應使用經濕度修正的物性。
• 比熱增加。 低溫時只有平移與轉動模態有所貢獻。高於 ~500 K 後，振動模態逐漸活化，使 $c_p$ 與 $c_v$ 同時上升，並使比值 $k$ 降低。
• 普朗特數平台。 在完整溫度範圍內，空氣的 Pr 維持在 0.68–0.73 的狹窄區間，因此在許多對流熱傳關係式中可作為方便的常數。
• 運動黏度。 來源中以上標 1 標記的數值是在大氣壓力下量得。由於 $\nu = \mu/\rho$，密度下降時，運動黏度會隨溫度明顯上升。
• 高溫解離。 高於約 2000 K 後，O₂ 與 N₂ 開始解離，理想氣體物性表會變得不可靠。燃燒與電漿應用應使用熱化學平衡程式。

參考資料

• 原始來源：Engineering ToolBox — 乾空氣性質