空氣運動黏度計算器
依據大氣與流動條件,計算空氣黏度、濕空氣密度及雷諾數。
空氣黏度與流動性質
輸入溫度、絕對壓力、濕度、流速及代表性長度。
關於空氣運動黏度
運動黏度描述流動流體中動量相對於流體密度的擴散能力,以希臘字母 nu 表示,等於動力黏度除以密度。動力黏度衡量流體內部對剪切的阻力,密度則表示單位體積的質量。因此,兩份動力黏度相近的空氣樣本,在壓力與密度不同時,運動黏度可能差異很大。
本計算器使用薩瑟蘭公式估算乾空氣的動力黏度。先將溫度換算為克耳文絕對溫度,再以空氣的標準常數求得黏度。空氣愈熱,分子運動愈快,相鄰流層之間傳遞的動量愈多,因此動力黏度會上升。在一般氣體條件下,壓力對動力黏度的直接影響不大,但會明顯改變密度,進而改變運動黏度。
濕空氣密度由分壓計算。相對濕度與飽和水氣壓決定水蒸氣分壓,其餘部分歸於乾空氣。兩部分分別使用各自的比氣體常數計算。在相同溫度與壓力下,水蒸氣的密度低於乾空氣,因此濕空氣的密度略低於乾空氣。壓力欄位必須填入以 bar 為單位的絕對壓力,而非表壓。內部計算會將一 bar 換算為 100,000 帕斯卡。
雷諾數比較慣性效應與黏性效應,計算方式為密度乘以流速及特徵長度,再除以動力黏度;也等於流速乘以長度後除以運動黏度。請選擇符合問題的特徵長度,例如管徑、翼型弦長或物體寬度。雷諾數有助於判斷流動相似性,以及流動可能屬於層流、過渡流或紊流,但轉捩門檻取決於幾何形狀與擾動。
這些方程式可為空氣動力學、通風、實驗室工作及流體力學研究提供實用的工程估算。它們假設空氣為理想氣體,並使用簡化的飽和蒸氣壓近似式。極高壓力、極端溫度、發生凝結的條件或特殊氣體混合物,需使用物性表或經驗證的熱力學模型。當結果對黏度敏感時,務必採用能代表實際流動的條件,而非標準海平面數值。
空氣黏度範例
同一種流體的運動黏度可能隨溫度與壓力變化而顯著不同。
| 條件 | 近似結果 | 應用情境 |
|---|---|---|
| 20 deg C, 1.013 bar, 50% RH | nu 約為 1.51e-5 m2/s | 典型的海平面室內條件。 |
| -40 deg C, 0.3 bar, 10% RH | nu 約為 3.37e-5 m2/s | 飛機在高空低溫環境中的條件。 |
| 40 deg C, 1.013 bar, 80% RH | nu 約為 1.75e-5 m2/s | 炎熱潮濕的戶外氣流。 |
如何計算空氣黏度
- 輸入流動條件下的空氣溫度及絕對壓力。
- 輸入零至百分之一百之間的相對濕度。
- 輸入流速及適合該幾何形狀的特徵長度。
- 選擇「計算空氣性質」,即可使用黏度、密度及雷諾數結果。
空氣黏度常見問題
動力黏度與運動黏度有何不同?
動力黏度衡量流體對剪應力的阻力。運動黏度是動力黏度除以密度,因此也包含大氣壓力的影響。
為什麼空氣黏度會隨溫度改變?
較熱氣體的分子運動更快,在相鄰流層之間交換更多動量,因此動力黏度通常會隨空氣溫度升高而增加。
濕度會讓空氣密度增加嗎?
在相同溫度與壓力下,濕空氣的密度略低於乾空氣,因為水分子取代了較重的氮氣與氧氣分子。密度降低會使運動黏度略微上升。
應該輸入表壓還是絕對壓力?
請輸入絕對壓力,因為氣體定律中的密度計算需要以真空為基準的壓力。使用計算器前,請先將表壓讀值加上當地大氣壓力。
應使用哪種特徵長度?
請採用相關雷諾數關係式所規定的長度尺度。常見選項包括管徑、翼型弦長、沿平板的距離或物體寬度。