空气密度计算器

什么是空气密度？

空气密度是指给定体积中所含空气的质量，通常以千克每立方米（kg/m³）表示。它表明空气有多”重”，主要取决于两个量：作用于空气的绝对压力及其温度。高压下的冷空气密度大，而低压下的热空气稀薄。在海平面的标准条件下，干燥空气的密度约为 1.225 kg/m³。

空气密度在航空、气象、弹道学、发动机调校和暖通空调设计中都很重要。更稠密的大气会产生更大的气动升力和阻力，向发动机输送更多氧气，并以不同于稀薄空气的方式传递声音和热量。本计算器直接根据您输入的压力和温度求出干燥空气的密度。

如果您正在研究气体对压力和温度变化的响应，您可能还会喜欢玻意耳定律计算器。

计算器如何工作？

输入空气的绝对压力及其温度。您可以为每个字段选择单位（例如帕斯卡、标准大气压、°C、°F 或 K），计算器会在内部将所有数值换算为国际单位制单位。然后它用压力除以干燥空气的比气体常数与绝对温度的乘积，从而得到密度。

在计算之前温度总是被换算为开尔文，因为公式需要绝对温度。只有当温度高于绝对零度时，计算器才会返回结果。

公式

干燥空气的密度由对密度求解的理想气体定律得出：

$$\rho = \frac{p}{R_{specific} \, T}$$

其中：
$\rho$ 是空气密度，单位为千克每立方米（kg/m³），
$p$ 是绝对压力，单位为帕斯卡（Pa），
$R_{specific}$ 是干燥空气的比气体常数，等于 287.05 J/(kg·K)，
$T$ 是绝对温度，单位为开尔文（K）。

要将摄氏温度换算为开尔文，请加上 273.15：

$$T (\text{K}) = T (\text{°C}) + 273.15$$

计算实例

实例 1

海平面标准条件：压力为 101325 Pa，温度为 15 °C（288.15 K）。

$$\rho = \frac{101325}{287.05 \times 288.15} \approx 1.2250 \text{ kg/m}^3$$

这是空气动力学中常用的众所周知的标准空气密度。

实例 2

同样是 101325 Pa 的压力，但在冰点 0 °C（273.15 K）。

$$\rho = \frac{101325}{287.05 \times 273.15} \approx 1.2922 \text{ kg/m}^3$$

尽管压力没有改变，较冷的空气明显比实例 1 中的更稠密。

实用说明

• 仅限干燥空气： 该公式假设空气是干燥的。湿空气的密度略低，因为水蒸气比它所置换的氮气和氧气更轻。对于高精度工作，需要进行湿度修正。
• 绝对压力： 始终使用绝对压力，而非表压。如果您有表压读数，请在输入前加上当地的大气压。
• 开尔文温度： 公式需要绝对温度，因此任何摄氏或华氏数值都会先换算为开尔文。负的开尔文值在物理上是不可能的，会被拒绝。
• 海拔： 随着海拔升高，压力和温度都会下降，因此空气密度随海拔降低。这就是为什么飞机和发动机在高海拔处性能下降。