Плотность воды, ее теплопроводность и теплофизические свойства

Плотность воды и свойства воды теплопроводность

Плотность воды в зависимости от температуры

Принято считать, что плотность воды равна 1000 кг/м3, 1000 г/л или 1 г/мл. Это максимальная плотность воды при атмосферном давлении, но часто ли мы задумываемся при какой температуре получены эти данные. Такая высокая плотность воды достигается при температуре от 4 до 6°С. В этих условиях молекулы воды имеют наиболее плотное расположение, и ее удельный объем принимает минимальное значение. Такой характер зависимости плотности от температуры свойственен только воде. Другие распространенные жидкости не имеют максимума плотности на этой кривой — их плотность равномерно снижается по мере роста температуры.

Вода существует как отдельная жидкость при температурах от 0 до 374,12°С — это ее критическая температура, при которой исчезает граница раздела между жидкостью и водяным паром. Какова плотность воды (или ее удельный вес) при этих температурах можно узнать в таблице ниже. Данные о плотности воды представлены в размерности кг/м3 и г/мл.

При увеличении температуры воды ее плотность уменьшается. Например, по данным таблицы, плотность воды при комнатной температуре (20°С) равна 998,3 кг/м3, а при ее нагревании до 90°С, величина плотности снижается до значения 965,2 кг/м3. Удельный вес воды при нормальных условиях значительно отличается от ее плотности при высоких температурах. Средняя плотность воды, находящейся при температуре 200…370°С намного меньше ее плотности в обычном температурном диапазоне (0…100°С).

Смена агрегатного состояния воды приводит к существенному изменению ее плотности. Так, плотность водяного пара имеет значение в сотые доли килограмма на кубический метр, а величина плотности льда при 0°С составляет величину 916…920 кг/м3. Следует отметить, что значение плотности воды относительно воздуха почти в 1000 раз больше плотности воздуха при нормальных условиях.

В таблице приведены значения плотности воды в кг/м3 и в г/мл (или г/см3). Значения плотности в таблице относятся к пресной или дистиллированной воде. Если рассматривать, например, морскую или соленую воду, то ее плотность будет выше. Плотность морской воды равна 1030 кг/м3. Плотность водных растворов солей можно узнать в этой таблице.

Таблица значений плотности воды при различных температурах
t, °С ρ, кг/м3 ρ, г/мл t, °С ρ, кг/м3 ρ, г/мл t, °С ρ, кг/м3 ρ, г/мл
0 999,8 0,9998 62 982,1 0,9821 200 864,7 0,8647
0,1 999,8 0,9998 64 981,1 0,9811 210 852,8 0,8528
2 999,9 0,9999 66 979,9 0,9799 220 840,3 0,8403
4 1000 1 68 978,8 0,9788 230 827,3 0,8273
6 1000 1 70 977,7 0,9777 240 813,6 0,8136
8 999,9 0,9999 72 976,5 0,9765 250 799,2 0,7992
10 999,7 0,9997 74 975,3 0,9753 260 783,9 0,7839
12 999,6 0,9996 76 974,1 0,9741 270 767,8 0,7678
14 999,3 0,9993 78 972,9 0,9729 280 750,5 0,7505
16 999 0,999 80 971,6 0,9716 290 732,1 0,7321
18 998,7 0,9987 82 970,4 0,9704 300 712,2 0,7122
20 998,3 0,9983 84 969,1 0,9691 305 701,7 0,7017
22 997,8 0,9978 86 967,8 0,9678 310 690,6 0,6906
24 997,4 0,9974 88 966,5 0,9665 315 679,1 0,6791
26 996,8 0,9968 90 965,2 0,9652 320 666,9 0,6669
28 996,3 0,9963 92 963,8 0,9638 325 654,1 0,6541
30 995,7 0,9957 94 962,4 0,9624 330 640,5 0,6405
32 995,1 0,9951 96 961 0,961 335 625,9 0,6259
34 994,4 0,9944 98 959,6 0,9596 340 610,1 0,6101
36 993,7 0,9937 100 958,1 0,9581 345 593,2 0,5932
38 993 0,993 105 954,5 0,9545 350 574,5 0,5745
40 992,3 0,9923 110 950,7 0,9507 355 553,3 0,5533
42 991,5 0,9915 115 946,8 0,9468 360 528,3 0,5283
44 990,7 0,9907 120 942,9 0,9429 362 516,6 0,5166
46 989,8 0,9898 125 938,8 0,9388 364 503,5 0,5035
48 988,9 0,9889 130 934,6 0,9346 366 488,5 0,4885
50 988 0,988 140 925,8 0,9258 368 470,6 0,4706
52 987,1 0,9871 150 916,8 0,9168 370 448,4 0,4484
54 986,2 0,9862 160 907,3 0,9073 371 435,2 0,4352
56 985,2 0,9852 170 897,3 0,8973 372 418,1 0,4181
58 984,2 0,9842 180 886,9 0,8869 373 396,2 0,3962
60 983,2 0,9832 190 876 0,876 374,12 317,8 0,3178

Теплофизические свойства воды при температуре от 0 до 100°С

Приведена таблица значений теплофизических свойств воды в зависимости от температуры (в интервале от 0 до 100°С) при нормальном атмосферном давлении. В таблице приведены следующие теплофизические свойства воды: плотность воды ρ, удельная энтальпия h, удельная теплоемкость Cp, теплопроводность воды λ, температуропроводность воды а, вязкость динамическая μ, вязкость кинематическая ν, коэффициент объемного теплового расширения β, коэффициент поверхностного натяжения σ, число Прандтля Pr.

Теплофизические свойства воды существенно зависят от температуры. Наиболее сильно эта зависимость выражена у таких свойств, как удельная энтальпия и динамическая вязкость. При нагревании этой жидкости значение ее энтальпии значительно увеличивается, а вязкость сильно снижается. Другие физические свойства воды, например, коэффициент поверхностного натяжения, число Прандтля и плотность уменьшаются при росте ее температуры. К примеру, плотность воды при нормальных условиях имеет значение 998,3 кг/м3, а при температуре кипения снижается до 958,1 кг/м3.

Такое свойство воды, как теплопроводность (или правильнее — коэффициент теплопроводности) при ее нагревании имеет тенденцию к увеличению. Теплопроводность воды при температуре кипения 100°С достигает значения 0,683 Вт/(м·град). Температуропроводность H2O также увеличивается при росте ее температуры.

Следует отметить нелинейное поведение кривой зависимости удельной теплоемкости этой жидкости от температуры. Ее значение снижается в интервале от 0 до 40 °С, затем происходит постепенный рост теплоемкости до величины 4220 Дж/(кг·град) при 100°С.

Таблица физических свойств воды при атмосферном давлении
t, °С 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ρ, кг/м3 999,8 999,7 998,3 995,7 992,3 988 983,2 977,7 971,6 965,2 958,1
h, кДж/кг 0 42,04 83,91 125,7 167,5 209,3 251,1 293 335 377 419,1
Cp, Дж/(кг·град) 4217 4191 4183 4174 4174 4181 4182 4187 4195 4208 4220
λ, Вт/(м·град) 0,569 0,574 0,599 0,618 0,635 0,648 0,659 0,668 0,674 0,68 0,683
a·108, м2 13,2 13,7 14,3 14,9 15,3 15,7 16 16,3 16,6 16,8 16,9
μ·106, Па·с 1788 1306 1004 801,5 653,3 549,4 469,9 406,1 355,1 314,9 282,5
ν·106, м2 1,789 1,306 1,006 0,805 0,659 0,556 0,478 0,415 0,365 0,326 0,295
β·104, град-1 -0,63 0,7 1,82 3,21 3,87 4,49 5,11 5,7 6,32 6,95 7,52
σ·104, Н/м 756,4 741,6 726,9 712,2 696,5 676,9 662,2 643,5 625,9 607,2 588,6
Pr 13,5 9,52 7,02 5,42 4,31 3,54 2,93 2,55 2,21 1,95 1,75

Примечание: Теплопроводность воды в таблице указана в степени 102. Не забудьте разделить на 100!
Температуропроводность дана в степени 108 , вязкость в степени 106 и т. д. для других свойств. Размерность свойств воды выражена в единицах СИ.

Теплофизические свойства воды на линии насыщения (100…370°С)

В таблице представлены теплофизические свойства воды H2O на линии насыщения в зависимости от температуры (в диапазоне от 100 до 370°С). Каждому значению температуры, при которой вода находится в состоянии насыщения, соответствует давление ее насыщенного пара. При этих параметрах жидкость и ее пар находятся в состоянии насыщения или термодинамического равновесия.

В таблице даны следующие теплофизические свойства воды в состоянии насыщенной жидкости:

  • давление насыщенного пара при указанной температуре p, Па;
  • плотность воды ρ, кг/м3;
  • удельная (массовая) энтальпия h, кДж/кг;
  • удельная (массовая) теплоемкость Cp, кДж/(кг·град);
  • теплопроводность λ, Вт/(м·град);
  • температуропроводность a, м2/с;
  • вязкость динамическая μ, Па·с;
  • вязкость кинематическая ν, м2/с;
  • коэффициент теплового объемного расширения β, К-1;
  • коэффициент поверхностного натяжения σ, Н/м;
  • число Прандтля Pr.

Свойства воды на линии насыщения имеют зависимость от температуры. Ее влияние особенно сказывается на вязкости воды. Ее динамическая вязкость при повышении температуры значительно снижается. Если, при температуре 100°С значение этого свойства воды в состоянии насыщения равно 282,5·10-6 Па·с, то при температуре, равной например 370°С, динамическая вязкость снижается до величины 282,5·10-6 Па·с.

Другие свойства воды такие, как плотность, теплопроводность, удельная теплоемкость, температуропроводность при росте ее температуры имеют тенденцию к снижению своих значений. Например, плотность воды уменьшается с 958,4 до 450,5 кг/м3 при нагревании со 100 до 370°С. Теплопроводность воды в состоянии насыщения при увеличении температуры также снижается (в отличие от нормальных условий и температуре до 100°С, при которых имеет место ее рост в процессе нагрева). Снижение теплопроводности связано с увеличением как температуры, так и давления насыщенной жидкости.

Физические свойства воды на линии насыщения и плотность воды кг/м3 - таблица значений

Теплопроводность воды в зависимости от температуры и давления

В таблице приведены значения теплопроводности воды и водяного пара при температурах от 0 до 700°С и давлении от 1 до 500 атм. Как известно, вода при атмосферном давлении закипает и переходит в пар при температуре 100°С. Коэффициент теплопроводности воды в этих условиях равен 0,683 Вт/(м·град). При увеличении давления растет и температура кипения воды (закон Клапейрона — Клаузиуса). Как видно по данным нашей таблицы, при давлении в 100 раз выше атмосферного (100 бар) она находится в виде пара при температуре от 310°С и имеет теплопроводность 0,523 Вт/(м·град).

Таким образом, следует отметить, что изменение давления влияет как на температуру кипения воды, так и на величину ее теплопроводности. При атмосферном давлении (1 бар) вода обладает теплопроводностью от 0,569 до 0,683 Вт/(м·град) в интервале температуры от 0 до 100°С. Высокая теплопроводность воды достигается за счет роста давления — при повышении давления коэффициент теплопроводности воды увеличивается. Например, при давлении 1 бар и температуре 20°С вода имеет теплопроводность, равную 0,603 Вт/(м·град). При росте давления до 500 бар теплопроводность воды становится равной 0,64 Вт/(м·град) при той же температуре.

Теплопроводность воды и водяного пара в зависимости от давления и температуры- таблицаПримечание: Черта под значениями в таблице означает фазовый переход воды в пар, то есть цифры под чертой относятся к пару, а выше ее — к воде. Теплопроводность в таблице указана в степени 103. Не забудьте разделить на 1000! Размерность теплопроводности воды в таблице Вт/(м·град).

Источники:

  1. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.
  2. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.
  3. Чубик И.А., Маслов А.М. Справочник по теплофизическим характеристикам пищевых продуктов и полуфабрикатов. М.: «Пищевая промышленность», 1970 — 184 с.
Читайте также

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Подписаться, не комментируяВсе комментарии модерируются. Спам будет удален!