Теплопроводность, плотность и теплофизические свойства водорода H2
Плотность водорода
В таблице представлены значения плотности водорода H2 в зависимости от температуры и давления.
Как известно, водород является самым легким газом на планете. При высоких температурах его плотность чрезвычайно мала и кубометр этого газа в таких условиях будет весить всего несколько грамм.
При нагревании водород становится менее плотным, его плотность снижается. Однако при росте давления, плотность водорода будет увеличиваться пропорционально давлению.
Следует, что плотность водорода существенно зависит от температуры и, особенно от давления. Например, при атмосферном давлении и температуре 0°С плотность водорода равна 0,087 кг/м3, а при нагреве этого газа на 100 градусов, его плотность уменьшится и будет равна 0,0637 кг/м3.
В таблице представлена плотность газообразного водорода в кг/м3 при нормальном атмосферном давлении в зависимости от температуры при отрицательных и положительных ее значениях.
| t, °С | -73 | -53 | -33 | -13 | 7 | 27 | 77 | 127 | 177 | 227 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ρ, кг/м3 | 0,1211 | 0,1101 | 0,1010 | 0,0932 | 0,0865 | 0,0808 | 0,0692 | 0,0606 | 0,0539 | 0,0485 |
| t, °С | 277 | 327 | 377 | 477 | 577 | 727 | 927 | 1027 | 1127 | 1227 |
| ρ, кг/м3 | 0,0441 | 0,0404 | 0,0373 | 0,0323 | 0,0285 | 0,0242 | 0,0202 | 0,0186 | 0,0173 | 0,0162 |
Плотность водорода в следующей таблице приведена в размерности в кг/м3 при температуре от 0 до 1000 °С и давлении от 1 до 100 бар.
| ↓ t, °С / P, бар → | 1 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0,0870 | 0,8654 | 1,720 | 3,398 | 5,033 | 6,627 | 8,181 |
| 100 | 0,0637 | 0,6342 | 1,232 | 2,499 | 3,712 | 4,900 | 6,064 |
| 300 | 0,0415 | 0,4136 | 0,824 | 1,637 | 2,431 | 3,229 | 4,009 |
| 500 | 0,0308 | 0,3068 | 0,612 | 1,219 | 1,820 | 2,416 | 3,007 |
| 700 | 0,0244 | 0,2439 | 0,487 | 0,970 | 1,450 | 1,927 | 2,400 |
| 1000 | 0,0187 | 0,1865 | 0,373 | 0,743 | 1,111 | 1,478 | 1,842 |
При увеличении давления водорода до 10 бар (то есть в 10 раз), его плотность при той же температуре увеличиться также примерно в 10 раз
и составит величину 0,8654 кг/м3. Минимальная плотность водорода в таблице, равная 0,0187 кг/м3, достигается при температуре 1000°С и атмосферном давлении. Иными словами, в таких условиях кубический метр водорода будет иметь массу всего около 19 грамм.
Теплофизические свойства водорода
В таблице даны теплофизические свойства водорода в зависимости от температуры и давления.
Свойства указаны в интервале температуры от 0 до 1000°С, давление водорода в таблице изменяется от 1 до 100 бар.
В таблице приведены следующие свойства водорода:
- плотность водорода, кг/м3;
- удельная теплоемкость, кДж/(кг·град);
- теплопроводность, Вт/(м·град);
- динамическая вязкость, Па·с;
- температуропроводность, м2/с;
- кинематическая вязкость, м2/с;
- число Прандтля.
Некоторые свойства водорода сильно зависят от температуры и давления. Так, с повышением давления и при снижении температуры, значительно увеличивается плотность водорода.
Теплоемкость водорода с ростом температуры увеличивается слабо. По данным таблицы также видно, что удельная теплоемкость водорода от давления практически не зависит.
Значение теплопроводности, вязкости и температуропроводности водорода увеличиваются с ростом его температуры. С повышением давления водорода уменьшается величина его температуропроводности. Число Прандтля водорода почти не зависит от температуры и давления.
Теплопроводность водорода в таблице указана в степени 102. Не забудьте разделить на 100.
Теплопроводность водорода при атмосферном давлении
В таблице представлены данные по теплопроводности водорода в зависимости от температуры при атмосферном давлении.
Теплопроводность указана при температуре от -193 до 1727°С, в размерности Вт/(м·град)·103.
Например, при 270 К (-3°С) теплопроводность водорода равна 0,167 Вт/(м·град).
По данным таблицы видно, что с ростом температуры теплопроводность водорода увеличивается.
Теплопроводность водорода при высоких температурах
В таблице представлена теплопроводность водорода при высоких температурах в зависимости от давления. Размерность теплопроводности в таблице Вт/(м·град).
Теплопроводность водорода в таблице указана при температуре от 1400 до 6000 К и давлении от 10-5 до 200 бар.
При таких высоких температурах водород начинает диссоциировать и имеет достаточно высокую теплопроводность, сравнимую с некоторыми металлами.
Например при температуре 6000 К и давлении 200 бар водород имеет теплопроводность 11,83 Вт/(м·град), что сравнимо с теплопроводность такого металла, как висмут.
Источники:
- Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.
- Гамбург Д. Ю. и др. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение. Справочник. — М.: Химия, 1989. — 672 с.: ил.
- Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. М.: Атомиздат, 1967. — 474 с.
- Физические величины. Справочник. Бабичев А. П., Бабушкина Н. А. и др. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.