Жидкость → масса
Для насыщенной жидкости используется справочная плотность при нормальной точке кипения, независимо от выбранной температуры газа.
m = ρₗ × Vₗ
m — масса, кг; ρₗ — плотность жидкости, кг/м³; Vₗ — объём жидкости, м³.
Криогенная жидкость ↔ газ: пересчёт объёма и массы
Рассчитайте эквивалентный объём газа по количеству жидкого азота, гелия, аргона или кислорода — либо выполните обратный пересчёт. Укажите массу или объём вещества и условия, к которым нужно привести газовый объём. Модель предназначена для предварительных инженерных оценок.
Введите известную величину
Выберите один из трёх вариантов ввода. При смене направления или единиц измерения калькулятор переносит рассчитанное количество вещества без повторного округления; результат обновляется при изменении данных.
Как выполняется пересчёт
Первый этап — определение массы из известной величины. Затем масса переводится в эквивалентный объём газа при выбранных условиях через идеальногазовую модель.
Масса ↔ газ
Объём газа определяется по уравнению состояния идеального газа. Давление должно быть абсолютным, температура задаётся в кельвинах.
ρg = p × M / (R × T)
Vg = m / ρg
Vg = m / ρg
R = 8,314462618 Дж/(моль·К); M — молярная масса, кг/моль. Обратный пересчёт: m = ρg × Vg, Vₗ = m / ρₗ.
Коэффициент расширения равен отношению объёмов газа и жидкости: K = Vg / Vₗ = ρₗ / ρg, при одинаковых единицах объёма. Он зависит от выбранных газовых условий. Поскольку используется модель идеального газа (Z = 1), значения могут немного отличаться от справочных таблиц реального газа.
Справочные свойства криогенных жидкостей
Плотности относятся к насыщенной жидкости при нормальном кипении и давлении около 1,013 бар. Коэффициенты расширения в последнем столбце рассчитаны по нашей идеальногазовой модели при 0 °C и 101 325 Па, а не перенесены из таблиц готовых коэффициентов.
| Вещество | ρ жидк., кг/л | М, г/моль | T кип., °C | Газ / жидк., ≈ л/л |
|---|---|---|---|---|
| Азот, LN₂ | 0,80611 | 28,013 | −195,80 | 645 |
| Гелий, LHe (He I) | 0,12474 | 4,003 | −268,93 | 698 |
| Аргон, LAr | 1,3954 | 39,948 | −185,85 | 783 |
| Кислород, LO₂ | 1,1412 | 31,999 | −182,96 | 799 |
Источники свойств и молярных масс: Air Liquide Gas Encyclopedia — азот, гелий, аргон, кислород. Газовая постоянная — NIST CODATA.
В справочнике Air Liquide объём газа для стандартной сравнительной таблицы приведён к 15 °C и приблизительно 1,013 бар. В этом калькуляторе для варианта 15 °C используется точно 101 325 Па (1 атм). Поэтому прямое сравнение табличных коэффициентов без согласования условий и модели некорректно. Для жидкого гелия здесь рассматривается He I около 4,22 K, не сверхтекучий He II.
Для каких задач подходит модель
Инструмент переводит одно и то же количество чистого вещества между массовыми и объёмными единицами. Он не моделирует фактический процесс заливки, хранения, испарения или ожижения.
Можно использовать для
- предварительного пересчёта заказа криогенной жидкости в массу или газовый эквивалент;
- сопоставления объёмов жидкой и газовой фаз при заданных стандартных условиях;
- подготовки исходных данных для инженерной оценки криогенного газоснабжения;
- перевода требуемого объёма газа в эквивалентное количество жидкости без учёта потерь.
Не учитывается
- отклонение реального газа от идеального (Z ≠ 1), смеси и примеси;
- плотность жидкости при произвольном давлении, переохлаждение и переходные процессы;
- испарительные потери, остатки в трубопроводах и эффективность ожижения;
- время испарения, тепловая нагрузка, производительность и динамика потока.
Ограничение по безопасности. Не используйте этот конвертер для расчёта предохранительных клапанов, аварийного сброса, кислорододефицитной опасности (ODH), кислородного обогащения атмосферы или вентиляции помещений. Азот, аргон и гелий могут вытеснять кислород; жидкий кислород увеличивает пожароопасность материалов. Для таких задач необходим отдельный проектный расчёт по действующим требованиям безопасности.
Частые инженерные вопросы
Почему один литр жидкости даёт сотни литров газа?
После испарения вещество сохраняет массу, но при стандартных температуре и давлении плотность газовой фазы намного ниже плотности жидкости. Отношение плотностей и задаёт коэффициент расширения.
Чем отличаются 0 °C, 1 атм и 0 °C, 1 бар?
При одинаковой температуре газ занимает немного больший объём при 100 000 Па, чем при 101 325 Па. Для инженерных спецификаций всегда фиксируйте численные значения температуры и абсолютного давления, а не только обозначение «стандартные условия».
Можно ли рассчитать объём газа после испарения в закрытом сосуде?
Нет. Калькулятор показывает объём эквивалентного количества газа при выбранных условиях, но не давление, которое возникнет в закрытом объёме, и не параметры защиты сосуда. Для этого нужен отдельный термодинамический и прочностной расчёт.
Связанные инженерные расчёты
Используйте этот конвертер вместе с другими инструментами ГК «Криосистемы».
Нужно рассчитать криогенную систему?
Передайте требуемое количество или расход газа, параметры жидкой фазы, условия эксплуатации и техническое задание. Инженеры ГК «Криосистемы» помогут уточнить модель и подобрать оборудование.
Актуальные предложения и ключевые направления
