水の物性値 ~密度、粘度、比熱、表面張力、飽和蒸気圧~

本記事ではCAE(Computer Aided Engineering)や科学技術計算をする際に使用する水の物性値について示します。

1.水の密度 \(\rho\)(\(kg/m^3\))

CAEなどで水の状態変化を計算する際は、下表を用いると計算することができます。

Table 1 Density of water (\(kg/m^3\))

なお、水蒸気のみ扱う場合は、ファン・デル・ワールスの状態方程式で近似的に求めると便利です。

ファン・デル・ワールスの状態方程式
$$ P = \frac{nRT}{V-bn} \,-\, \frac{an^2}{V^2} \tag{1} $$

\(P\):気体の圧力(単位:\(Pa\,(abs.)\))、\(a\):分子間力の大きさを示す定数(単位:\(Pa\cdot m^6/{mol}^2\))、\(V\):気体の体積(=気体が入っている容積の体積)(単位:\(m^3\))、\(b\):分子自体の体積を示す定数(単位:\(m^3/mol\))、\(n\):物質量(単位:\(mol\))、絶対温度(単位:\(K\))

\(R\):普遍気体定数(8.31446261815324 \(J/(K \cdot mol)\))

水蒸気の分子間力の大きさを示す定数\(a\)は\(553 \times 10^{-3} \, Pa \cdot m^6/{mol}^2\)、分子自体の体積を示す定数\(b\)は\(33.0\times10^{-6} \, m^3/mol\)となります。
また、水のモル質量は\(18.01528\,g/mol\)です。

なお、気体の体積\(V\)を求める際には数値計算(ニュートン・ラフソン法など)によって求める必要があります。

MATLABによる非線形方程式の解法【第2回】

2.水の飽和蒸気圧 \(P_s\)(\(kPa\,(abs.)\))

温度と飽和蒸気圧との関係を下表に示します。

Table 2 Saturated steam pressure (\(kPa\,(abs.)\))

3.水の各種物性

圧力が\(1\,atm\)(飽和温度以上は飽和圧力)のときの密度、粘度、動粘度、比熱、熱伝導率、プラントル数、膨張率、表面張力を下表に示します。

Table 3 Physical properties of water

関連記事

流体力学「連続の式」ってなんだろう? ナビエ・ストークス方程式からベルヌーイの定理の導出をかんたんに解説!【流体力学】