Введите исходные данные, проверьте формулу и подстановку, затем используйте результат для предварительной инженерной оценки.
Плотность идеального газа рассчитывают по ρ = pM/(RT), поэтому для воздуха при 101,325 кПа и 20 °C она составляет примерно 1,20 кг/м³.
В формуле используют абсолютное давление p, молярную массу M, универсальную газовую постоянную R и абсолютную температуру T = t + 273,15. При постоянной температуре удвоение абсолютного давления удваивает плотность, а манометрическое давление сначала переводят в абсолютное.
Расчёт находит плотность газа по абсолютному давлению, температуре и молярной массе. Он использует модель идеального газа, достаточную для предварительных инженерных оценок.
Зачем нужен результат: Плотность входит в уравнения расхода, скорости, потерь давления и мощности оборудования.
Без неё нельзя корректно связать массу газа с занимаемым объёмом.
В обычной жизни: Показывает, почему один и тот же газ занимает разный объём при разном давлении и температуре, например в баллоне и в помещении.
Для рабочего проекта нужны исходные данные объекта, нормативные параметры и проверка специалиста.
Плотность идеального газа
ρ = pM / (RT). Расчёт выполняется по исходным данным формы; допущения указаны непосредственно под результатом.
Источник: Источник из плана калькуляторов.
Проверьте единицы измерения и подстановку под результатом перед переносом значения в расчётную записку.
Для идеального газа связь давления, объёма, температуры и количества вещества задаёт уравнение состояния pV = nRT. Если выразить массу через количество вещества и молярную массу, получают плотность ρ = pM/(RT). Здесь p — абсолютное давление в Па, M — молярная масса в кг/моль, R — универсальная газовая постоянная, T — абсолютная температура в K. Температуру из градусов Цельсия переводят добавлением 273,15. В калькуляторе давление вводится в кПа, молярная масса в г/моль, а внутри единицы приводятся к СИ.
Давление должно быть абсолютным, потому что нулём уравнения состояния является вакуум, а не окружающая атмосфера. Если подставить избыточное давление манометра, плотность получится заниженной и ошибка может быть большой при небольшом давлении. Молярная масса смеси равна средней величине по составу; влажный воздух, природный газ и хладагент нельзя описать молярной массой другого газа без проверки состава. При изменении температуры плотность при постоянном давлении уменьшается, а при повышении абсолютного давления растёт. Модель идеального газа применима как приближение при умеренных давлениях и вдали от конденсации.
Коэффициент сжимаемости Z вводят для реального газа: ρ = pM/(ZRT). Влага, конденсация и двухфазность требуют отдельного расчёта. Полученную плотность используют в формулах скорости и потерь давления, но на больших диапазонах параметров её пересчитывают по нескольким точкам, а не считают постоянной. Для промышленного оборудования проверяют свойства по таблицам или программам конкретного газа. Калькулятор не определяет состав и не заменяет проверку безопасности, совместимости материалов и пределов давления.
При переходе от плотности к расходу уточняют, к каким условиям отнесён объём: рабочим, стандартным или нормальным. Один и тот же массовый расход имеет разные объёмные значения при всасывании и нагнетании, поэтому давление и температура должны быть указаны для одной точки. Для смеси с переменным составом плотность меняется вместе с молярной массой. В расчётах вентиляции сухой воздух часто принимают приближённо, но в сушильных и климатических установках влажность влияет и на плотность, и на перенос теплоты. Размерность результата проверяют по СИ.
| Величина | Единица ввода | Роль |
|---|---|---|
| Абсолютное давление p | кПа | увеличивает плотность |
| Температура t | °C | переводится в абсолютную T |
| Молярная масса M | г/моль | характеризует состав газа |
| Газовая постоянная R | Дж/(моль·K) | связывает состояние газа |
| Плотность ρ | кг/м³ | результат для расходных расчётов |
| Z | без единиц | поправка реального газа, вне этой модели |
T = 293,15 K. По уравнению идеального газа плотность получается примерно 1,20 кг/м³.
В идеальной модели плотность также увеличится вдвое, если состав и температура неизменны.
Результат будет занижен, особенно при небольшом избыточном давлении. Сначала переводят давление в абсолютное, добавляя атмосферное давление.
Уравнение состояния отсчитывает давление от вакуума. Манометр показывает разность с атмосферой, поэтому его значение нужно преобразовать в абсолютное.
Иначе плотность газа и все связанные с ней расходы будут занижены. Для рабочего проекта исходные данные проверяют по паспорту оборудования и фактическим измерениям на объекте.
Итог используют как предварительную оценку, а не как замену проектной проверке.
При высоком давлении, около точки конденсации, в двухфазном потоке и для точного коммерческого учёта. Тогда используют коэффициент сжимаемости и свойства конкретного газа из проверенной базы.
Для рабочего проекта исходные данные проверяют по паспорту оборудования и фактическим измерениям на объекте. Итог используют как предварительную оценку, а не как замену проектной проверке.
Нужен состав смеси. Среднюю молярную массу получают суммированием произведений молярных долей компонентов на их молярные массы.
Для переменного состава используют расчётный или измеренный состав конкретного режима. Для рабочего проекта исходные данные проверяют по паспорту оборудования и фактическим измерениям на объекте.
Итог используют как предварительную оценку, а не как замену проектной проверке.
С высотой обычно уменьшается атмосферное давление, поэтому при той же температуре плотность воздуха снижается. Для точного расчёта используют местное абсолютное давление, а не стандартное у уровня моря.
Для рабочего проекта исходные данные проверяют по паспорту оборудования и фактическим измерениям на объекте. Итог используют как предварительную оценку, а не как замену проектной проверке.
Для грубой оценки — с оговоркой. Влага меняет среднюю молярную массу и плотность, поэтому для точного расчёта учитывают влажность, температуру и парциальные давления компонентов.
Для рабочего проекта исходные данные проверяют по паспорту оборудования и фактическим измерениям на объекте. Итог используют как предварительную оценку, а не как замену проектной проверке.
Чат помогает разобраться в устройстве и параметрах оборудования. Он не заменяет паспорт и инструкцию производителя.