Luft-Eigenschaften — Dichte, Viskosität, Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit

Übersicht

Trockene Luft ist eine Mischung aus etwa 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff und 1 % Argon nach Volumen. Seine thermophysikalischen Eigenschaften variieren mit Temperatur und Druck und sind wesentliche Eingaben für HVAC-Design, Verbrennungsberechnungen, pneumatische Systeme und Atmosphärenwissenschaft. Diese Seite fasst wichtige Eigenschaftswerte unter Standardbedingungen zusammen, bietet kompakte Referenztabellen und illustriert häufige Ingenieurberechnungen.

Eigenschaften bei Standardbedingungen

Kompressionsmodul

Die Quelle für Lufteigenschaften listet Kompressionsmodul für Luft. Bei Standardatmosphärendruck ist dies ungefähr 1.01325×10^5 Pa (101.325 kPa), äquivalent zu 14.7 psi.

Phasenänderungs- und kritische Punktdaten

Die kritische Dichte am kritischen Punkt beträgt 302.6 kg/m³.

Interaktive Luft-Phasendiagramm-Punkte

Das ursprüngliche Luft-Phasendiagramm wird unten beibehalten. Die beschrifteten Referenzpunkte sind hier auch als strukturierte Daten dargestellt, sodass die Phasenübergangsinformationen nicht nur innerhalb des Bitmaps verfügbar sind.

Dichte vs. Temperatur

Die Dichte sinkt über moderate Bereiche annähernd linear mit der Temperatur, aber die wahre Beziehung folgt dem idealen Gasgesetz ($\rho \propto 1/T$).

Rechner — Luftdichte (Ideales Gas)

Rechner — Luftmasse

Rechner – Dynamische und kinematische Viskosität

Die Quellentabellenwerte werden für trockene Luft bei atmosphärischem Druck interpoliert.

Rechner — Thermische Leitfähigkeit

Rechner — Spezifische Wärme und Sensible Wärme

Rechner — Auftriebskraft

Wiederhergestellte Originalquellentabellen

Die folgenden Tabellen wurden von der ursprünglichen Quellenseite wiederhergestellt, um die vollständigen Referenzdaten zu erhalten.

Quellenrechner-Signale

Die zwischengespeicherte Quellenseite enthält ein Formular und 58 Eingabeelemente, aber diese Signale stammen von gemeinsamen Engineering ToolBox Seitensteuerelementen und Such-/Layout-Widgets anstatt von 59 unabhängigen Luft-Eigenschaftsrechnern. Die migrierten funktionalen Äquivalente für die wesentlichen technischen Berechnungen sind die oben genannten Rechner für Dichte, Luftmasse, dynamische und kinematische Viskosität, Wärmeleitfähigkeit, fühlbare Wärme und Auftriebskraft heißen Lufts.

Originalquellenbilder

Die folgenden Originalquellenbilder werden erhalten, um visuelles Referenzmaterial nicht zu verlieren. Wenn ein Bild Diagramm- oder Tabellendaten enthält, werden die extrahierten Werte in den Seitentabellen, Rechnern oder interaktiven Diagrammen dargestellt; verbleibende Bilder werden als visuelle Quellenreferenzen beibehalten.

Technische Hinweise

• Feuchtigkeit ist wichtig. Die obigen Werte gelten für trockene Luft. Feuchte Luft ist bei gleicher Temperatur und gleichem Druck weniger dicht, weil Wasserdampf ($M \approx 18$) leichter als die N₂/O₂-Mischung ist, die er verdrängt. Verwenden Sie feuchtigkeitskorrigierte Dichte für genaue HVAC- und psychrometrische Berechnungen.
• Druckabhängigkeit. Bei mittleren Drücken (etwa 0.5–2 bar) verhält sich Luft nahezu ideal. Bei hohen Drücken (z. B. Druckluftsysteme über 10 bar) Kompressibilitätskorrekturen anwenden.
• Standard-Referenzzustände. Daten werden häufig bei 0 °C / 1 bar oder bei 15 °C / 1 atm (ISA-Standard) angegeben. Bestätigen Sie immer den Referenzzustand, wenn Sie Werte aus verschiedenen Quellen vergleichen.
• Kritischer Punkt. Oberhalb von 132.63 K und 3.786 MPa kann Luft nicht allein durch Druck verflüssigt werden; dies ist relevant für die Auslegung kryogener Lufttrennanlagen.
• Viskositätstrend. Im Gegensatz zu Flüssigkeiten steigt die Gasviskosität mit der Temperatur aufgrund eines größeren molekularen Impulstransfers. Die dynamische Viskosität steigt von etwa 17 μPa·s bei 0 °C auf etwa 23 μPa·s bei 100 °C.
• Spezifisches Wärmenverhältnis. Das Verhältnis $k = C_p/C_v \approx 1.40$ für trockene Luft bei Umgebungsbedingungen wird häufig in isentropen Strömungs- und Kompressionsberechnungen verwendet.

Wichtige Formeln

Idealgasdichte

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

wobei $p$ der absolute Druck (Pa) ist, $R$ die spezifische Gaskonstante für trockene Luft ($287.058\;\text{J kg}^{-1}\text{K}^{-1}$) und $T$ die absolute Temperatur (K) ist.

Masse aus Dichte

$m = V\,\rho$

Auftriebskraft

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

Fühlbarer Wärmeübergang

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

Variablen

Referenzen

• Engineering ToolBox — Lufteigenschaften
• CRC Handbook of Chemistry and Physics, Standardthermophysikalische Tabellen
• ISO 2533:1975 — Standardatmosphäre