干空气的热物理性质

空气是一种什么样的气体空气，我们每天都呼吸着的“生命气体”，它分层覆盖在地球表面，透明且无色无味，它主要由氮气和氧气组成，对人类的生存和生产有重要影响。

一、空气概述空气是指地球大气层中的混合气体，因此空气属于混合物，它主要由氮气、氧气、稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙、氡)，二氧化碳以及其他物质(如水蒸气、杂质等)组合而成。

其中氮气的体积分数约为78%，氧气的体积分数约为21%，稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙、氡)的体积分数约为0.934%，二氧化碳的体积分数约为0.04%(2017年数据)，其他物质(如水蒸气、杂质等)的体积分数约为0.002%。

空气的成分不是固定的，随着高度的改变、气压的改变，空气的组成比例也会改变。

但是长期以来人们一直认为空气是一种单一的物质，直到后来法国科学家拉瓦锡通过实验首先得出了空气是由氧气和氮气组成的结论。

19世纪末，科学家们又通过大量的实验发现，空气里还有氦、氩、氙等稀有气体。

在自然状态下空气是无色无味的。

空气中的氧气对于所有需氧生物来说是必须的。

所有动物都需要呼吸氧气，绿色植物的呼吸作用也需要氧气。

此外绿色植物利用空气中的二氧化碳进行光合作用，空气几乎是所有植物所需二氧化碳的唯一来源。

二、空气的物理性质空气无色无味，气态。

在0℃及一个标准大气压下(1.013×10Pa)空气密度为1.29 kg/m³。

把气体在0℃和一个标准大气压下的状态称为标准状态，空气在标准状态下可视为理想气体，其摩尔体积为22.4L/ mol。

空气的比热容与温度有关，温度为250K时,空气的定压比热容cp=1.003kJ/(kg·K)，300K时，空气的定压比热容cp=1.005kJ/(kg·K)。

空气的阻抗约为377欧姆。

常温下的空气是无色无味的气体，液态空气则是一种易流动的浅蓝色液体。

一般当空气被液化时二氧化碳已经清除掉，因而液态空气的组成是20.95%氧，78.12%氮和0.93%氩，其它组分含量甚微，可以略而不计。

干空气的物理性质温度t/ 0x09密度p /kg -3比定压热容cp/kJ •-kgy\x09 导热系数入/102W・m-1 •41\x09 粘度止/105Pa &09普兰德数Pr质量的物质，在温度升高时，所吸收的热量与该物质的质量和升高的温度乘积之比，称做这种物质的比热容（比热），用符号c表示。

其国际单位制中的单位是焦耳每千克开尔文或焦耳每千克每摄氏度。

J 是指焦耳，K是指热力学温标，即令 1 千克的物质的温度上升（或下降）1 开尔文所需的能量。

根据此定理，便可得出以下公式：Q 为吸收（或放出）的热量；m是物体的质量，AT是吸热（或放热）后温度的变化量，初中的教材里把AT写成At,其实这是不规范的（我们生活中常用C作为温度的单位，很少用K,而且△ T=A t ,因此中学阶段都肥t ,但国际或更高等的科学领域仍用AT）。

物质的比热容与所进行的过程有关。

在工程应用上常用的有定压比热容Cp、定容比热容Cv和饱和状态比热容三种。

定压比热容Cp：是单位质量的物质在压力不变的条件下，温度升高或下降1 ℃或1K 所吸收或放出的能量。

定容比热容Cv:是单位质量的物质在容积（体积）不变的条件下，温度升高或下降 1 ℃或1K 吸收或放出的能量。

饱和状态比热容：是单位质量的物质在某饱和状态时，温度升高或下降1 C或1K所吸收或放出的热量。

比热容是指没有相变化和化学变化时，一定量均相物质温度升高1K所需的热量利用比热容的概念可以类推出表示1mol物质升高1K所需的热量的摩尔热容。

与比热相关的热量计算公式：Q=cmA T Q吸（放）=cm（T初-T末）其中c为比热，m为质量，Q为能量热量。

吸热时为Q=cm A T升（用实际升高温度减物体初温），放热时为Q=cm AT降（用实际初温减降后温度）。

或者Q=cmA T=cm（T 末-T初），Q>0时为吸热，Q<0时为放热。

干空气的物理性质温度t/℃\x09密度ρ/kg·m-3比定压热容cp/kJ·kg-1·K-1\x09导热系数λ/10-2W·m-1·K-1\x09 粘度μ/10-5Pa·s\x09普兰德数Pr质量的物质，在温度升高时，所吸收的热量与该物质的质量和升高的温度乘积之比，称做这种物质的比热容(比热)，用符号c表示。

其国际单位制中的单位是焦耳每千克开尔文或焦耳每千克每摄氏度。

J是指焦耳，K是指热力学温标，即令1千克的物质的温度上升（或下降）1开尔文所需的能量。

根据此定理，便可得出以下公式：Q为吸收（或放出）的热量；m 是物体的质量，ΔT是吸热（或放热）后温度的变化量，初中的教材里把ΔT写成Δt，其实这是不规范的（我们生活中常用℃作为温度的单位，很少用K，而且ΔT=Δt，因此中学阶段都用Δt，但国际或更高等的科学领域仍用ΔT）。

物质的比热容与所进行的过程有关。

在工程应用上常用的有定压比热容Cp、定容比热容Cv和饱和状态比热容三种。

定压比热容Cp：是单位质量的物质在压力不变的条件下，温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的能量。

定容比热容Cv：是单位质量的物质在容积（体积）不变的条件下，温度升高或下降1℃或1K吸收或放出的能量。

饱和状态比热容：是单位质量的物质在某饱和状态时，温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的热量。

比热容是指没有相变化和化学变化时，一定量均相物质温度升高1K所需的热量。

利用比热容的概念可以类推出表示1mol物质升高1K所需的热量的摩尔热容。

与比热相关的热量计算公式：Q=cmΔT 即Q吸（放）=cm(T初-T末）其中c为比热，m为质量，Q为能量热量。

吸热时为Q=cmΔT升（用实际升高温度减物体初温），放热时为Q=cmΔT降（用实际初温减降后温度）。

或者Q=cmΔT=cm(T末-T初），Q>0时为吸热，Q<0时为放热。

干空气气体常数干空气气体常数是描述干空气本质特性的一个重要参量。

在热力学、气象学、工程学等领域中都有着广泛的应用。

本文将简要介绍干空气气体常数的定义、表达式以及应用。

干空气气体常数指的是在干空气的温度、压强和体积不变的条件下，单位质量干空气所具备的特定的物理常数。

常用符号为R，单位为焦耳/(公斤·开)或卡尔文/(千克·开)。

干空气是指除水蒸气以外的空气成分，其主要成分为氮气、氧气和一定比例的稀有气体和二氧化碳等，同时不含水分和其它液态物质。

干空气的物理状态可用以下三个量来描述：温度、压强和密度。

由于干空气是一个理想气体，且其分子组成比较简单，因而可以根据分子动理论推出其气体常数的表达式。

根据理想气体状态方程 PV=nRT，可以推导出干空气中单位质量分子个数n=1/M。

又因为干空气分子是自由、碰撞性质良好的小球体，因此根据分子碰撞理论有1/2mv^2=3/2kT其中m为分子质量，v为分子速度，k为玻尔兹曼常数。

将n=1/M和v=√(8kT/πm)代入PV=nRT中可得到PV=RT/M化简可得R=k·M其中M为干空气分子的摩尔质量，其值约为28.96g/mol，k为玻尔兹曼常数，其值约为1.38×10^-23J/K。

R=k·M=8.31J/(mol·K)干空气气体常数在热力学、气象学、工程学等领域中均有着广泛的应用。

1、热力学在热力学中，干空气气体常数可以用于描述理想气体的性质。

在绝热条件下，干空气的温度和压强满足PVγ=Const，其中γ为干空气的绝热指数，其值为1.4。

这个公式也被称为绝热指数公式，能够描述在快速变化的条件下理想气体的状态变化。

2、气象学在气象学中，干空气气体常数被用于计算空气的稳定性。

稳定性通过大气环境中温度随高度变化的梯度来测量。

当相邻两个高度的温度差异小于干绝热梯度时，空气就是稳定的。

干绝热梯度是指温度下降的速率，通常为9.8℃/千米。

气象学第一章1、大气的成分氮、氧、氩占干洁空气总容积的99。

97%，是低层大气主要成分。

臭氧的形成是由于太阳紫外线的作用，所以在10-15公里以上的大气中经常存在，在20-25公里臭氧达到最大值二氧化碳：城市大于农村，室内比室外多，夏天比冬天多，能吸收和放射长波辐射，故其增减，对大气和地面的温度有一定影响。

大气中的水汽：是唯一能发生相变的气体（气态、液态、固态）。

水汽的相变会引起云、雾、雪等一系列的天气现象，能强烈吸收地面放射出来的红外线，从而使大气获得热量，水汽本身也能放射红外线使地面获得热量。

2、主要气象要素表示空气的性质：压强、温度和湿度；表示空气运动的状况：风向风速；有的是大气发生的一些现象：雨、雪、雷电。

气温：是用来表示大气冷热程度的物理量，是距离地面1.5米高处空气的温度。

气压：单位面积上大气柱的重量叫做大气压强，简称气压。

一般将纬度45°的海平面上，温度为0℃时，760毫米水银柱高的大气压强成为一个标准大气压。

风：空气在水平方向上的运动，风包括风向和风速。

云：是由悬浮在空中的大量微小水滴或冰晶组成。

降水：从云中降落到地面上的液态或固态水的滴粒都成为降水。

用其形状（雨、雪、雹）、降落的性质（连续性、间歇性），降水量（毫米）等表示。

能见度：气象学上把正常视力的人所能看到目标物的最大距离。

是用来鉴定大气透明度的。

应选择视角大于30′，以地平线附近的天空为背景，不发光的接近绝对黑色的物体为目标物。

空气湿度：用来表示空气中水汽含量多少或表征空气干湿程度的物理量。

3、空气的基本性质混合气体的分压定律：混合气体的总压强等于各气体分压强之和。

大气压强=P干+e气体状态方程PV/T=恒量，无论气体状态如何变化，它的压强与容积的乘积，与绝对温度之比，始终保持不变。

虚温的物理意义：湿空气因有水汽存在，它比同温同压下的干空气密度要小，如果在压强不变的条件下，升高干空气的温度，使其密度与湿空气密度相等，这个升高后的干空气的温度成为虚温。

空气的绝热系数的测量一. 介绍空气是地球大气层中最常见的气体，了解其热力性质对于工程设计、热能转化和环境保护至关重要。

而空气的绝热系数是描述空气绝热性质的重要参数。

本文将对空气的绝热系数的测量进行全面、详细、完整和深入的探讨。

二. 空气的绝热系数及其重要性1. 空气的绝热性质空气的绝热性质是指在绝热条件下其温度、压力和密度等物理性质的变化规律。

绝热过程中，空气与外界无热交换，内能发生变化。

了解空气的绝热性质对于热能转化、气体动力学、声学传播和大气物理等领域具有重要意义。

2. 空气的绝热系数定义空气的绝热系数（adiabatic index）是描述绝热过程中空气物理性质变化的参数。

在绝热条件下，空气的绝热系数与压缩比、比热容及其他热力学性质有关，常用符号为γ。

3. 空气的绝热系数的重要性空气的绝热系数在工程设计、空气动力学、声学传播和大气物理等领域具有重要应用价值。

例如，在空气动力学中，绝热系数用于描述气体在压缩过程中的物理性质变化，可以帮助工程师设计高速飞行器和空气动力学装置。

同时，绝热系数还可用于计算空气的声速、声波的传播速度和声学吸收系数等参数，对于声学传播和噪音控制具有重要意义。

三. 空气绝热系数的测量方法1. 理论计算空气的绝热系数可以通过理论计算得到。

根据热力学理论和空气的物态方程，可以利用压力、密度和比热容等参数来计算绝热系数。

这种方法具有精度高、成本低的优点，适用于工程设计和学术研究。

2. 实验测量实验测量是获取空气绝热系数的常用方法之一。

常见的实验测量方法包括： #### 2.1 声速测量法通过测量空气中声波传播的速度，可以推导出空气的绝热系数。

声速测量法通常采用声学干涉装置或声学共振装置进行实验测量，具有较高的精度和可靠性。

2.2 振荡管法振荡管法是利用空气的声学共振现象来测量其绝热系数。

通过调整管道的长度和管道内空气的压力，可以测量得到空气的共振频率，从而计算出绝热系数。

2.3 反射系数法反射系数法是利用空气对声波的反射特性来测量其绝热系数。

干空气、烟气、水、水蒸气热物理性质，参数和单位在第四讲中，介绍了与翅片管相关的计算式，其中，多次应用流体的物性参数，如流体的密度，粘度，导热系数，等等。

每一种流体都有它自己的独特的物理参数，就像生物科学中的“基因”一样，这些物性参数构成了流体本身区别于其它流体的特性。

例如，大家所熟知的空气和水，物理性质是截然不同的，拿密度而言，在常温下水的密度为1000 kg/m3; 而空气的密度仅为1.2 kg/m3 .左右。

与热有关的物性叫热物性，由于流体的热物性对传热和阻力都有极大的影响，而且是计算和设计中不可缺少的数据，因而本讲将要介绍几种常用流体的热物性参数。

应当指出，几乎所有的物性参数都是通过大量的细致的实验得出来的，并有相关的专著可供选用1 空气，烟气，水，水蒸气的热物理性质表。

考虑到翅片管换热器的应用特点，管外翅片侧主要与空气或烟气打交道，而管内流动的主要是水和水蒸气，偶尔也有其他流体，如制冷剂等。

所以下面给出的热物性表基本上能满足翅片管换热器的计算要求。

附录13 几种饱和液体的热物理性质上表适用于1个大气压（100000 Pa ）下的空气，对于在管道中流动的空气，在鼓风机或引凤机的作用下，其压力可能在大气压上下波动，但一般波动幅度不超过1个大气压的1%，故上表仍是适用的。

2 几个常用单位的说明（1）力的单位。

从中学物理知道，力= 质量×加速度，对于1 kg 质量的物体，当其加速度为1 m / s2 时，就构成了力的单位：牛顿（N ）,所以，1 N = 1 kg ×1 m/s2 = 1 kg.m /s2 .( 2 ) 压力或压强单位为Pa：因为压力=力/ 面积，即单位面积上承受的力，所以1 Pa = 1 N / 1 m2 = 1 kg / ( m s2 .).;应该记住，1 个大气压= 100000 Pa = 105 Pa.= 0.1 MPa (兆帕)(3) 功，能量，热量的单位。