质量流量 vs 体积流量

挥发性外观：气体

液体和气体之间最显著的区别之一在于气体是可压缩的。这意味着相同质量的气体可能在体积 V 上存在巨大变化，具体取决于其温度 T、压力 p 及其独特的性质，也称为特定气体常数 R。这种行为由理想气体定律来概括，得出的结果是。

\(pV=mRT.\)

理想气体方程表示压力和温度对恒定质量的气体的体积的影响。

温度和压力：重要变量

实际上，这意味着当压力保持恒定时，恒定气量的体积会随着温度的升高而增加。例如，在大气压（1 bar abs.）下测量，100 克的干燥空气在 0℃ 时的体积为 78 升，但在 40℃ 时约为 90 升。另一方面，当压力增加而温度恒定时，相同质量气体所占据的体积更小。在 1 bar abs. 下，100 克的氢气体积为 1135 升。在 100 bar abs. 下，相同质量的氢气体积仅约为 11 升。

特定气体大有不同

从上例可以看出，对于不同的气体，相同质量的气体在相同的温度和压力下占据不同的体积。其原因在于不同的特定气体常数 R 可能因气体而显著不同。对于干燥空气，比气体常数为 \(R_{air} = 287 J/(kg K)\)，对于氢气，其为 \(R_{H_2} = 4157 J/(kg K)。\)

质量流量 vs 体积流量

考虑到气体的这种特殊特性，所以理解为什么必须对“流量”一词进行进一步说明。流量可以通过用质量流量或体积流量来量化。体积流量是用诸如 l/min 或 m3/s 的单位表示。而质量流量可使用诸如 kg/s 或 g/min 之类的单位来描述移动特定质量的速率。

质量流量和体积流量：大有不同

通过开头的例子可以看出，质量流量与体积流量之间的区别不仅在理论上很重要，而且会对我们的日常生活产生实际影响。我们假设一个天然气供应商在季节性温度变化很大的地区销售氢气。也就是气体温度可能在冬季的 0℃ 和夏季的 40℃ 之间变化。

因此，以相同价格出售的 100 升的气体质量可能介于 76 克到 88 克之间。这使得客户在夏季购买氢气的成本增加了 13%。这个虚构的例子说明了质量流量和体积流量之间的区别是多么重要。它还说明了为什么氢气或天然气等气体大多按质量而不是按体积出售。

应使用哪个度量标准？

上面的例子引出了一个问题：应该使用哪个度量标准？答案是：视情况而定。例如，大多数计算使用质量流量要容易得多，因为质量守恒并且不依赖于温度或压力。然而，大多数人对气体质量并没有直观的认识。就此而言，体积流量对于实际的日常用途来说更加明确具体且易于使用。

最后，谈到体积流量，重要的是要了解压力、温度和气体种类，这些都由该体积流量的特定气体常数表示。因此，KNF在数据表中规定了空气在常温的大气压下测量的体积流量。对于我们一开始假想的天然气供应商来说，这意味着气体只能按体积销售，前提是该体积是在恒定的参考温度和压力下指定的。另一个选项是使用质量流量计并按质量出售气体。