空氣特性 — 密度、黏度、熱容量、熱導率

概述

乾燥空氣按體積計算，大約由 78 % 氮氣、21 % 氧氣及 1 % 氬氣所組成。其熱物理性質隨溫度與壓力而變化，是暖通空調（HVAC）設計、燃燒計算、氣動系統及大氣科學的重要輸入參數。本頁彙整標準狀態下的關鍵特性數值，提供精簡的參考表，並說明常見的工程計算方式。

標準狀態特性

體積模數彈性

源空氣性質參考資料列出了空氣的體積模數彈性。在標準大氣壓下，這大約是1.01325×10^5 Pa（101.325 kPa），等同於14.7 psi。

相變和臨界點數據

臨界點處的臨界密度為 302.6 kg/m³。

互動式空氣相圖數據點

原始空氣相圖保留在下方。其標記的參考點也在此以結構化數據表示，因此相變資訊不會僅存在於點陣圖內。

密度與溫度

密度在適中範圍內大致隨溫度線性減少，但真實關係遵循理想氣體定律（$\rho \propto 1/T$）。

計算器 — 空氣密度（理想氣體）

計算器 — 空氣質量

計算器 — 動態黏度與運動黏度

源表格值是針對乾燥空氣在大氣壓力下插值得出的。

計算器 — 熱導率

計算器 — 比熱與顯熱

計算器 — 浮升力

恢復原始來源表格

以下表格從原始來源頁面恢復，以保存完整的參考數據。

來源計算器信號

緩存的來源頁面包含一個表單和58個輸入元素，但這些信號來自共享的Engineering ToolBox頁面控制項和搜索/佈局小部件，而不是59個獨立的空氣屬性計算器。遷移後的實質工程計算功能等效項是上方的密度、空氣質量、動態和運動粘度、熱導率、顯熱和熱空氣升力計算器。

原始來源圖片

以下原始來源圖片被保留，以避免失去視覺參考資料。當圖片包含圖表或表格數據時，其提取的值會在頁面表格、計算器或互動圖表中呈現；其餘圖片作為視覺來源參考保留。

工程筆記

• 濕度很重要。 以上數值適用於乾燥空氣。在相同溫度和壓力下，潮濕空氣的密度較低，因為水蒸氣（$M \approx 18$）比它取代的 N₂/O₂ 混合物輕。使用經濕度校正的密度以進行準確的 HVAC 和空調計算。
• 壓力依賴性。 在中等壓力下（約 0.5–2 巴），空氣幾乎呈現理想行為。在高壓下（例如，高於 10 巴的壓縮空氣系統），需應用壓縮性修正。
• 標準參考狀態。 數據通常報告於 0 °C / 1 巴或 15 °C / 1 大氣壓（ISA 標準）。在比較不同來源的數值時，務必確認參考狀態。
• 臨界點。 在 132.63 K 和 3.786 MPa 以上，空氣無法僅靠壓力液化；這對於低溫空氣分離廠設計至關重要。
• 黏度趨勢。 與液體不同，氣體黏度隨溫度增加而上升，這是因為分子動量傳遞增加。動力黏度從約 17 μPa·s 在 0 °C 上升至約 23 μPa·s 在 100 °C。
• 比熱比。 在環境條件下，乾燥空氣的比熱比 $k = C_p/C_v \approx 1.40$ 廣泛應用於等熵流動和壓縮計算。

關鍵公式

理想氣體密度

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

其中 $p$ 是絕對壓力（Pa），$R$ 是乾空氣的比氣體常數（$287.058\;\text{J kg}^{-1}\text{K}^{-1}$），且 $T$ 是絕對溫度（K）。

由密度求質量

$m = V\,\rho$

浮力（升力）

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

顯熱傳遞

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

變數

參考資料

• Engineering ToolBox — 空氣屬性
• CRC Handbook of Chemistry and Physics，標準熱物理表
• ISO 2533:1975 — 標準大氣