Ide o hmotnosť (hmotnosť) 1 kubického metra zmesi vzduchu a vodnej pary pri určitej teplote a relatívna vlhkosť. Merný objem je objem vzduchu a vodnej pary na 1 kg suchého vzduchu.
Na určenie spotreby tepla na vlhkosť potrebujete poznať hodnotu tepelný obsah vlhkého vzduchu. Táto hodnota sa chápe ako obsiahnutá v zmesi vzduchu a vodnej pary. Číselne sa rovná súčtu:
Stlačený vzduch je vzduch pod tlakom väčším ako Atmosférický tlak.
Stlačený vzduch je spolu s elektrickou energiou jedinečným nosičom energie, zemný plyn a vodou. V priemyselných podmienkach sa stlačený vzduch používa najmä na pohon zariadení a mechanizmov s pneumatickým pohonom (pneumatický pohon).
V každodennom, každodennom živote prakticky nevnímame Vzduch okolo nás. V celej histórii ľudstva však ľudia používali jedinečné vlastnosti vzduchu. Vynález plachty a vyhne, veterného mlyna a teplovzdušný balón boli prvé kroky vo využívaní vzduchu ako nosiča energie.
S vynálezom kompresora nastala éra priemyselného využitia stlačený vzduch. A otázka:čo je vzduch a aké má vlastnosti? - stal sa ďaleko od nečinnosti.
Pri začatí navrhovania nového pneumatického systému alebo modernizácie existujúceho by bolo užitočné pripomenúť a o niektorých vlastnostiach vzduchu, termínoch a jednotkách merania.
Vzduch je zmes plynov, ktorá pozostáva hlavne z dusíka a kyslíka.
|
Zloženie vzduchu |
|||
|
Element* |
Označenie |
Podľa objemu, % |
Podľa hmotnosti, % |
|
Kyslík |
|||
|
Oxid uhličitý |
CO2 |
||
|
CH 4 |
|||
|
H2O |
|||
Priemerný relatívny molárna hmota-28,98. 10-3 kg/mol
*Zloženie vzduchu sa môže líšiť. V priemyselných oblastiach spravidla vzduch obsahuje
Hlavný fyzikálne vlastnosti vzduch: hustota vzduchu, jeho dynamická a kinematická viskozita, merná tepelná kapacita, tepelná vodivosť, tepelná difúznosť, Prandtlovo číslo a entropia. Vlastnosti vzduchu sú uvedené v tabuľkách v závislosti od teploty pri normálnom atmosférickom tlaku.
Uvádza sa podrobná tabuľka hodnôt hustoty suchého vzduchu pri rôznych teplotách a normálnom atmosférickom tlaku. Aká je hustota vzduchu? Hustotu vzduchu možno analyticky určiť vydelením jeho hmotnosti objemom, ktorý zaberá. za daných podmienok (tlak, teplota a vlhkosť). Je tiež možné vypočítať jeho hustotu pomocou rovnice ideálneho plynu stavového vzorca. Na to potrebujete poznať absolútny tlak a teplotu vzduchu, ako aj jeho konštantu plynu a molárny objem. Táto rovnica umožňuje vypočítať hustotu vzduchu v suchom stave.
na praxi, zistiť, aká je hustota vzduchu pri rôznych teplotách, je vhodné použiť hotové tabuľky. Napríklad daná tabuľka hodnôt hustoty atmosférický vzduch v závislosti od jeho teploty. Hustota vzduchu v tabuľke je vyjadrená v kilogramoch na meter kubický a udáva sa v teplotnom rozsahu od mínus 50 do 1200 stupňov Celzia pri normálnom atmosférickom tlaku (101325 Pa).
| t, °С | ρ, kg / m 3 | t, °С | ρ, kg / m 3 | t, °С | ρ, kg / m 3 | t, °С | ρ, kg / m 3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
| -45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
| -40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
| -35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
| -30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
| -25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
| -20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
| -15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
| -10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
| -5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
| 0 | 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 |
| 10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
| 15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
Pri 25 °C má vzduch hustotu 1,185 kg/m3. Pri zahrievaní sa hustota vzduchu znižuje – vzduch sa rozpína (zvyšuje sa jeho špecifický objem). So zvýšením teploty napríklad až do 1200°C sa dosiahne veľmi nízka hustota vzduchu, rovnajúca sa 0,239 kg/m 3 , čo je 5-krát menej ako jej hodnota pri izbovej teplote. Vo všeobecnosti zníženie zahrievania umožňuje proces, akým je prirodzená konvekcia a používa sa napríklad v letectve.
Ak porovnáme hustotu vzduchu vzhľadom na, potom je vzduch ľahší o tri rády - pri teplote 4 ° C je hustota vody 1 000 kg / m 3 a hustota vzduchu je 1,27 kg / m 3. Je potrebné si všimnúť aj hodnotu hustoty vzduchu pri normálnych podmienkach. Normálne podmienky pre plyny sú také, pri ktorých je ich teplota 0 ° C a tlak sa rovná normálnemu atmosférickému tlaku. Podľa tabuľky teda hustota vzduchu za normálnych podmienok (na NU) je 1,293 kg / m3.
Pri vykonávaní tepelných výpočtov je potrebné poznať hodnotu viskozity vzduchu (koeficient viskozity) pri rôznych teplotách. Táto hodnota je potrebná na výpočet čísel Reynolds, Grashof, Rayleigh, ktorých hodnoty určujú režim prúdenia tohto plynu. V tabuľke sú uvedené hodnoty koeficientov dynamiky μ a kinematické ν viskozita vzduchu v rozsahu teplôt od -50 do 1200°C pri atmosférickom tlaku.
Viskozita vzduchu sa výrazne zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Napríklad kinematická viskozita vzduchu je 15,06 10 -6 m 2 / s pri teplote 20 ° C a so zvýšením teploty na 1200 ° C sa viskozita vzduchu rovná 233,7 10 -6 m 2 / s, to znamená, že sa zvyšuje 15,5 krát! Dynamická viskozita vzduchu pri teplote 20°C je 18,1·10 -6 Pa·s.
Pri ohrievaní vzduchu sa hodnoty kinematických aj dynamická viskozita. Tieto dve veličiny sú vzájomne prepojené cez hodnotu hustoty vzduchu, ktorej hodnota pri zahrievaní tohto plynu klesá. Zvýšenie kinematickej a dynamickej viskozity vzduchu (ale aj iných plynov) pri zahrievaní je spojené s intenzívnejšou vibráciou molekúl vzduchu okolo ich rovnovážneho stavu (podľa MKT).
| t, °С | μ 106, Pa s | ν 10 6, m 2 / s | t, °С | μ 106, Pa s | ν 10 6, m 2 / s | t, °С | μ 106, Pa s | ν 10 6, m 2 / s |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 14,6 | 9,23 | 70 | 20,6 | 20,02 | 350 | 31,4 | 55,46 |
| -45 | 14,9 | 9,64 | 80 | 21,1 | 21,09 | 400 | 33 | 63,09 |
| -40 | 15,2 | 10,04 | 90 | 21,5 | 22,1 | 450 | 34,6 | 69,28 |
| -35 | 15,5 | 10,42 | 100 | 21,9 | 23,13 | 500 | 36,2 | 79,38 |
| -30 | 15,7 | 10,8 | 110 | 22,4 | 24,3 | 550 | 37,7 | 88,14 |
| -25 | 16 | 11,21 | 120 | 22,8 | 25,45 | 600 | 39,1 | 96,89 |
| -20 | 16,2 | 11,61 | 130 | 23,3 | 26,63 | 650 | 40,5 | 106,15 |
| -15 | 16,5 | 12,02 | 140 | 23,7 | 27,8 | 700 | 41,8 | 115,4 |
| -10 | 16,7 | 12,43 | 150 | 24,1 | 28,95 | 750 | 43,1 | 125,1 |
| -5 | 17 | 12,86 | 160 | 24,5 | 30,09 | 800 | 44,3 | 134,8 |
| 0 | 17,2 | 13,28 | 170 | 24,9 | 31,29 | 850 | 45,5 | 145 |
| 10 | 17,6 | 14,16 | 180 | 25,3 | 32,49 | 900 | 46,7 | 155,1 |
| 15 | 17,9 | 14,61 | 190 | 25,7 | 33,67 | 950 | 47,9 | 166,1 |
| 20 | 18,1 | 15,06 | 200 | 26 | 34,85 | 1000 | 49 | 177,1 |
| 30 | 18,6 | 16 | 225 | 26,7 | 37,73 | 1050 | 50,1 | 188,2 |
| 40 | 19,1 | 16,96 | 250 | 27,4 | 40,61 | 1100 | 51,2 | 199,3 |
| 50 | 19,6 | 17,95 | 300 | 29,7 | 48,33 | 1150 | 52,4 | 216,5 |
| 60 | 20,1 | 18,97 | 325 | 30,6 | 51,9 | 1200 | 53,5 | 233,7 |
Poznámka: Buďte opatrní! Viskozita vzduchu sa udáva mocninou 10 6 .
Je uvedená tabuľka mernej tepelnej kapacity vzduchu pri rôznych teplotách. Tepelná kapacita v tabuľke je uvedená pri konštantnom tlaku (izobarická tepelná kapacita vzduchu) v teplotnom rozsahu od mínus 50 do 1200°C pre suchý vzduch. Aká je špecifická tepelná kapacita vzduchu? Hodnota mernej tepelnej kapacity určuje množstvo tepla, ktoré treba dodať jednému kilogramu vzduchu pri stálom tlaku, aby sa jeho teplota zvýšila o 1 stupeň. Napríklad pri 20 °C je na zahriatie 1 kg tohto plynu o 1 °C v izobarickom procese potrebných 1005 J tepla.
Špecifické teplo vzduch sa zvyšuje so zvyšujúcou sa jeho teplotou. Závislosť hmotnostnej tepelnej kapacity vzduchu od teploty však nie je lineárna. V rozsahu od -50 do 120°C sa jeho hodnota prakticky nemení - za týchto podmienok je priemerná tepelná kapacita vzduchu 1010 J/(kg deg). Podľa tabuľky je vidieť, že teplota sa začína výrazne prejavovať už od hodnoty 130°C. Teplota vzduchu však ovplyvňuje jeho mernú tepelnú kapacitu oveľa slabšie ako jeho viskozita. Takže pri zahriatí z 0 na 1200°C sa tepelná kapacita vzduchu zvýši len 1,2-krát - z 1005 na 1210 J/(kg°).
Treba poznamenať, že tepelná kapacita vlhkého vzduchu je vyššia ako tepelná kapacita suchého vzduchu. Ak porovnáme vzduch, je zrejmé, že voda má vyššiu hodnotu a obsah vody vo vzduchu vedie k zvýšeniu merného tepla.
| t, °С | Cp, J/(kg deg) | t, °С | Cp, J/(kg deg) | t, °С | Cp, J/(kg deg) | t, °С | Cp, J/(kg deg) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1013 | 20 | 1005 | 150 | 1015 | 600 | 1114 |
| -45 | 1013 | 30 | 1005 | 160 | 1017 | 650 | 1125 |
| -40 | 1013 | 40 | 1005 | 170 | 1020 | 700 | 1135 |
| -35 | 1013 | 50 | 1005 | 180 | 1022 | 750 | 1146 |
| -30 | 1013 | 60 | 1005 | 190 | 1024 | 800 | 1156 |
| -25 | 1011 | 70 | 1009 | 200 | 1026 | 850 | 1164 |
| -20 | 1009 | 80 | 1009 | 250 | 1037 | 900 | 1172 |
| -15 | 1009 | 90 | 1009 | 300 | 1047 | 950 | 1179 |
| -10 | 1009 | 100 | 1009 | 350 | 1058 | 1000 | 1185 |
| -5 | 1007 | 110 | 1009 | 400 | 1068 | 1050 | 1191 |
| 0 | 1005 | 120 | 1009 | 450 | 1081 | 1100 | 1197 |
| 10 | 1005 | 130 | 1011 | 500 | 1093 | 1150 | 1204 |
| 15 | 1005 | 140 | 1013 | 550 | 1104 | 1200 | 1210 |
V tabuľke sú uvedené fyzikálne vlastnosti atmosférického vzduchu ako tepelná vodivosť, tepelná difúznosť a jeho Prandtlovo číslo v závislosti od teploty. Termofyzikálne vlastnosti vzduchu sa udávajú v rozmedzí od -50 do 1200°C pre suchý vzduch. Podľa tabuľky je vidieť, že uvedené vlastnosti vzduchu výrazne závisia od teploty a teplotná závislosť uvažovaných vlastností tohto plynu je rôzna.
Hoci vzduch okolo seba necítime, vzduch nie je nič. Vzduch je zmes plynov: dusík, kyslík a iné. A plyny, podobne ako iné látky, sú zložené z molekúl, a preto majú hmotnosť, aj keď malú.
Skúsenosti môžu dokázať, že vzduch má váhu. V strede palice dlhej šesťdesiat centimetrov spevníme lano a na oba jeho konce priviažeme dva rovnaké balóniky. Zavesíme palicu za šnúrku a uvidíme, že visí vodorovne. Ak teraz prepichnete jeden z nafúknutých balónov ihlou, vyjde z neho vzduch a koniec palice, ku ktorej bol priviazaný, sa zdvihne. Ak prepichnete druhú guľu, palica opäť zaujme vodorovnú polohu.
Je to spôsobené tým, že vzduch v nafúknutom balóne hustejšie, čo znamená, že ťažšie než ten okolo neho.
Koľko vzduchu váži závisí od toho, kedy a kde sa váži. Hmotnosť vzduchu nad vodorovnou rovinou je atmosférický tlak. Ako všetky objekty okolo nás, aj vzduch podlieha gravitácii. To dáva vzduchu váhu, ktorá sa rovná 1 kg na štvorcový centimeter. Hustota vzduchu je asi 1,2 kg / m 3, to znamená, že kocka so stranou 1 m, naplnená vzduchom, váži 1,2 kg.
Vzduchový stĺp stúpajúci vertikálne nad Zemou sa tiahne niekoľko stoviek kilometrov. To znamená, že stĺpec vzduchu s hmotnosťou asi 250 kg tlačí na osobu stojacu rovno, na hlavu a ramená, pričom plocha je približne 250 cm 2!
Takúto váhu by sme nevydržali, keby jej nečelil rovnaký tlak vo vnútri nášho tela. Nasledujúca skúsenosť nám to pomôže pochopiť. Ak natiahnete list papiera oboma rukami a niekto naň stlačí prst z jednej strany, výsledok bude rovnaký - diera v papieri. Ale ak stlačíte dva ukazováky na to isté miesto, ale z rôznych strán, nič sa nestane. Tlak na oboch stranách bude rovnaký. To isté sa deje s tlakom vzduchového stĺpca a protitlakom v našom tele: sú rovnaké.
V bežnom živote, keď niečo vážime, robíme to vo vzduchu, a preto jeho váhu zanedbávame, keďže hmotnosť vzduchu vo vzduchu je nulová. Ak napríklad odvážime prázdnu sklenenú banku, získaný výsledok budeme považovať za hmotnosť banky, pričom zanedbáme skutočnosť, že je naplnená vzduchom. Ale ak je banka hermeticky uzavretá a všetok vzduch je z nej odčerpaný, dostaneme úplne iný výsledok ...
