공기 특성 — 밀도, 점도, 열용량, 열전도율

개요

건조 공기는 부피 기준으로 약 78% 질소, 21% 산소, 1% 아르곤으로 구성된 혼합물입니다. 그 열물리적 특성은 온도와 압력에 따라 변하며, HVAC 설계, 연소 계산, 공압 시스템 및 대기 과학에 필수적인 입력값입니다. 이 페이지는 표준 조건에서의 주요 특성 값을 요약하고, 간결한 참조 테이블을 제공하며, 일반적인 공학 계산을 설명합니다.

표준 조건 특성

체적 탄성 계수

원본 공기 특성 참조에서는 공기의 체적 탄성 계수를 나열합니다. 표준 대기압에서 이 값은 대략 1.01325×10^5 Pa (101.325 kPa)이며, 이는 14.7 psi에 해당합니다.

상변화 및 임계점 데이터

임계점에서의 임계 밀도는 302.6 kg/m³입니다.

대화형 공기 상 다이어그램 점

원래의 공기 상 다이어그램은 아래에 보존되어 있습니다. 레이블이 붙은 참조점들은 구조화된 데이터로 여기에 표현되어, 상변화 정보가 비트맵 안에서만 제공되지 않습니다.

밀도 대 온도

밀도는 중간 범위에서 온도에 따라 대략 선형적으로 감소하지만, 진정한 관계는 이상 기체 법칙 ($\rho \propto 1/T$)을 따릅니다.

계산기 — 공기 밀도 (이상 기체)

계산기 — 공기의 질량

계산기 — 동적 및 운동 점도

소스 테이블 값은 대기압에서 건조 공기에 대해 보간됩니다.

계산기 — 열전도율

계산기 — 비열 및 현열

계산기 — 부력 상승력

복원된 원본 소스 테이블

다음 테이블들은 완전한 참조 데이터를 보존하기 위해 원본 소스 페이지에서 복원되었습니다.

소스 계산기 신호

캐시된 소스 페이지에는 하나의 양식과 58개의 입력 요소가 포함되어 있습니다, 하지만 이러한 신호는 59개의 독립적인 공기 속성 계산기가 아니라 공유된 Engineering ToolBox 페이지 컨트롤 및 검색/레이아웃 위젯에서 옵니다. 실질적인 공학 계산에 대한 이전된 기능적 동등물은 위의 밀도, 공기 질량, 동적 및 운동적 점성, 열전도율, 현열, 그리고 뜨거운 공기 양력 계산기입니다.

원본 소스 이미지

다음 원본 소스 이미지들은 시각적 참조 자료를 잃지 않기 위해 보존됩니다. 이미지에 차트 또는 테이블 데이터가 포함되어 있을 때, 추출된 값은 페이지 테이블, 계산기 또는 대화형 차트에 나타납니다; 나머지 이미지들은 시각적 소스 참조로 유지됩니다.

공학 노트

• 수분이 중요합니다. 위 값은 건조 공기에 대한 것입니다. 습한 공기는 같은 온도와 압력에서 밀도가 낮은데, 이는 수증기 ($M \approx 18$)가 대체하는 N₂/O₂ 혼합물보다 가볍기 때문입니다. 정확한 HVAC 및 습공기역학 계산을 위해 습도 보정 밀도를 사용하세요.
• 압력 의존성. 중간 압력(대략 0.5–2 bar)에서 공기는 거의 이상적으로 작동합니다. 높은 압력(예: 10 bar 이상의 압축 공기 시스템)에서는 압축성 보정을 적용하십시오.
• 표준 참조 상태. 데이터는 일반적으로 0 °C / 1 bar 또는 15 °C / 1 atm (ISA 표준)에서 보고됩니다. 값을 비교할 때 항상 참조 상태를 확인하십시오.
• 임계점. 132.63 K 및 3.786 MPa 이상에서는 압력만으로 공기를 액화할 수 없습니다; 이는 저온 공기 분리 플랜트 설계와 관련이 있습니다.
• 점도 추세. 액체와 달리, 기체 점도는 더 큰 분자 운동량 전달로 인해 온도에 따라 증가합니다. 동적 점도는 0 °C에서 약 17 μPa·s에서 100 °C에서 약 23 μPa·s로 상승합니다.
• 비열비. 환경 조건에서 건조 공기의 비율 $k = C_p/C_v \approx 1.40$는 등엔트로피 흐름 및 압축 계산에 널리 사용됩니다.

핵심 공식

이상 기체 밀도

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

여기서 $p$는 절대 압력 (Pa)이고, $R$는 건조 공기의 비유체 상수 ($287.058\;\text{J kg}^{-1}\text{K}^{-1}$)이며, $T$는 절대 온도 (K)이다.

밀도에서 질량

$m = V\,\rho$

부력 (상승력)

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

현열 전달

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

변수

참고 문헌

• Engineering ToolBox — 공기 특성
• CRC Handbook of Chemistry and Physics, 표준 열물성 표
• ISO 2533:1975 — 표준 대기