空气性质 — 密度、粘度、热容量和导热系数

概述

干空气按体积计约含 78% 的氮气、21% 的氧气和 1% 的氩气。其热物理性质随温度和压力变化，是暖通空调设计、燃烧计算、气动系统和大气科学的重要输入参数。本页汇总了标准条件下的关键性质数值，提供紧凑的参考表格，并演示常见的工程计算。

标准条件下的性质

体积弹性模量

空气性质参考数据列出了空气的体积弹性模量。在标准大气压下约为 1.01325×10^5 Pa（101.325 kPa），相当于 14.7 psi。

相变与临界点数据

临界点处的临界密度为 302.6 kg/m³。

交互式空气相图点

原始空气相图见下文保留。其标注的参考点也以结构化数据形式呈现，确保相变信息不仅存在于位图中。

密度与温度的关系

在中等温度范围内，密度随温度近似线性下降，但真实关系遵循理想气体定律（$\rho \propto 1/T$）。

计算器——空气密度（理想气体）

计算器——空气质量

计算器 — 动力粘度和运动粘度

源表数值针对大气压下的干空气插值获得。

计算器——导热系数

计算器——比热容和显热

计算器——浮升力

还原的原始源表

以下表格还原自原始来源页面，以保留完整的参考数据。

来源计算器信号说明

缓存的来源页面包含一个表单和 58 个输入元素，但这些信号来自 Engineering ToolBox 共用的页面控件和搜索/布局组件，而非 59 个独立的空气性质计算器。上述密度、空气质量、动力/运动粘度、导热系数、显热和热空气升力计算器是实质工程计算的迁移等价物。

原始源图

以下原始来源图片予以保留，以免丢失可视化参考资料。当图片包含图表或表格数据时，其提取值已体现在页面表格、计算器或交互式图表中；其余图片作为可视化来源参考保留。

工程要点

• 湿度很重要。 上表数值针对干空气。在相同温度和压力下，湿空气密度更小，因为水蒸气（$M \approx 18$）比其所置换的 N₂/O₂ 混合物更轻。精确的暖通空调和湿空气计算请使用湿度修正后的密度。
• 压力依赖性。 在中等压力（约 0.5–2 bar）下，空气近似理想气体。在高压下（例如 10 bar 以上的压缩空气系统），需施加压缩性修正。
• 标准参考状态。 数据通常以 0 °C / 1 bar 或 15 °C / 1 atm（ISA 标准）报告。跨来源比较数值时，务必确认参考状态。
• 临界点。 高于 132.63 K 和 3.786 MPa 时，仅靠加压无法使空气液化；这与低温空分装置设计相关。
• 粘度趋势。 与液体不同，气体粘度随温度升高而增大，因为分子动量传递增强。动力粘度从 0 °C 时约 17 μPa·s 升至 100 °C 时约 23 μPa·s。
• 比热比。 环境条件下干空气的 $k = C_p/C_v \approx 1.40$，广泛用于等熵流动和压缩计算。

关键公式

理想气体密度

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

其中 $p$ 为绝对压力（Pa），$R$ 为干空气比气体常数（$287.058\;\text{J kg}^{-1}\text{K}^{-1}$），$T$ 为绝对温度（K）。

由密度计算质量

$m = V\,\rho$

浮升力

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

显热传递

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

变量

参考资料

• Engineering ToolBox — Air Properties
• CRC Handbook of Chemistry and Physics, standard thermophysical tables
• ISO 2533:1975 — Standard Atmosphere