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1、 气动技术1.气压传动基础知识(60)1. 气压传动基础知识 11 空气的物理性质 空气可分为干空气和湿空气两种形态。不含有水蒸汽的空气称为干空气；含有水蒸汽的空气称为湿空气。 111 空气的性质 1）空气的密度 1气动技术1.气压传动基础知识(60)单位体积内空气的质量，称为空气的密度，以 表示。即 式中：m为气体质量（Kg）；V为气体体积（m3 ）。 2气动技术1.气压传动基础知识(60)对干空气 式中，p绝对压力(MPa)； 为温度在0 0C,压力在0.1013 MPa时干空气的密度。 3气动技术1.气压传动基础知识(60)2）空气的粘性 空气的粘性是空气质点相对运动时产 生阻力的性质。
2、空气粘性随温度变化而变，温度升高，粘性增加；反之亦然。 空气粘性受压力变化的影响极小，通常可忽略。 4气动技术1.气压传动基础知识(60)3）气体的易变特性（压缩性与膨胀性） 当流体压力变化时体积随之改变的性质称为流体的压缩性，流体因温度变化体积随之改变的性质称为流体的膨胀性。空气的压缩性和膨胀性都远远大于液体的压缩性和膨胀性。112 湿度和含湿量 ) 湿度 5气动技术1.气压传动基础知识(60)绝对湿度：单位体积的湿空气中所含水蒸汽的质量,称为湿空气的绝对湿度,用 表示：或由气体状态方程导出 式中，ms湿空气中水蒸汽的质量，kg；V湿空气的体积，m3；6气动技术1.气压传动基础知识(60)p
3、s水蒸汽的分压力Pa；T绝对温度，K； s水蒸汽的密度，Rs水蒸汽的气体常数，饱和绝对湿度 湿空气中水蒸汽的分压力达到该温度下水蒸汽的饱和压力，则此时的绝对湿度称为饱和绝对湿度，用b表示。即 7气动技术1.气压传动基础知识(60)式中,pb饱和湿空气中水蒸汽的分压力,Pab饱和湿空气中水蒸汽的密度，相对湿度 在一定温度和压力下，绝对湿度和饱和绝对湿度之比称为该温度下的相对湿度，用表示。即 8气动技术1.气压传动基础知识(60)或 式中，绝对湿度， ；b饱和绝对湿度， ； ps水蒸汽的分压力(Pa)； pb饱和水蒸汽的分压力(Pa)。 9气动技术1.气压传动基础知识(60)2）含湿量 质量含湿量
4、d 1Kg质量的干空气中所混合的水蒸汽质量。容积含湿量 d1m3干空气中所混合的水蒸汽质量。式中， 干空气的密度， 。 10气动技术1.气压传动基础知识(60)3) 湿空气的密度对湿空气 式中，p湿空气的全压力，(MPa)； pb某温度摄氏度时饱和空气中水 蒸汽的分压力(MPa)；空气的相对湿度()。 11气动技术1.气压传动基础知识(60)113 自由空气流量及析水量 1）自由空气流量 经压缩机压缩后的空气称为压缩空气，没经压缩处于自由状态(个大气压状态下)的空气称为自由空气。 自由空气流量为 若忽略温度变化的影响 12气动技术1.气压传动基础知识(60)式中，q,qz压缩空气和自由空气流量
5、；p,pz压缩空气和自由空气的绝对压力,MPa;T，Ts压缩空气和自由空气的绝对温度K。 2) 压缩空气的析水量 压缩空气中析出的水量可由下式计算 13气动技术1.气压传动基础知识(60)式中，q1湿空气体积流量， 空气没经压缩时的相对湿度；T1 、T2压缩前空气的温度，K；pb1、 pb1温度为T1、 T2时饱和空气中水蒸汽的分压力（绝对），MPa；、 温度为T1、T2时饱和容积含湿 量，14气动技术1.气压传动基础知识(60)p,pz 空气压缩前、后的绝对压力,MPa12 气体状态方程 121 理想气体状态方程 不计粘性的气体为理想气体。理想气体的状态应满足下述关系： 15气动技术1.气压
6、传动基础知识(60)或 或 式中，p绝对压力，Pa；V气体体积，m3；T绝对温度，K；气体比容， ；气体密度，R气体常数，16气动技术1.气压传动基础知识(60)对干空气 对水蒸汽 122 变化过程 1)等容过程 一定质量的气体，在容积保持不变时，从某一状态变化到另一状态的过程，称为等容过程。设气体从状态1变化到状态2，在此过程中1=2=常数，则有： 17气动技术1.气压传动基础知识(60)在等容变化过程中，气体对外不作功。2）等压过程 一定质量的气体，在压力保持不变时，从某一状态变化到另一状态的过程，称等压过程。设气体从状态1变化到状态2，在此过程中p1=p2=p=常数，则有： 18气动技术
7、1.气压传动基础知识(60)可见：压力不变时，气体温度上升必然导致体积膨胀，温度下降必然导致体积缩小 。 3）等温过程 一定质量的气体在温度保持不变时,从某一状态变化到另一状态的过程,称为等温过程。19气动技术1.气压传动基础知识(60)设气体从状态1变化到状态2，在此过程中，温度T1=T2=T=常数，则有： )绝热过程 气体在状态变化过程中，系统与外界无热量交换的状态变化过程，称为绝热过程。20气动技术1.气压传动基础知识(60)式中，k 绝热指数，对空气，k=1.4。5) 多变过程 不加任何限制条件的气体状态变化过程，称为多变过程。其状态方程为： 21气动技术1.气压传动基础知识(60)式
8、中，n多变指数。等容过程： n= ；等压过程： n=0； 等温过程： n=1； 绝热过程： n=k=1.4； 多变过程：一般kn113 气体流动规律 131 连续性方程 22气动技术1.气压传动基础知识(60)气体在管道中作定常流动时，流过管道每一过流断面的质量流量为一定值。即 式中,A1、A2过流断面1、2面积,m2；1、2过流断面1、2上气体的密度,v1、v2过流断面1、2上气体的速度,qm质量流量， 。 23气动技术1.气压传动基础知识(60)如果，气体运动速度很低，可视为不可压缩，即 ，则有: q体积流量， 。 132 伯努利方程 24气动技术1.气压传动基础知识(60)式中，z位置高
9、度, m ； hw摩擦阻力损失水头高，m 。 按绝热过程计算有：不计气体的粘性，并忽略位置高度的影响有 ：25气动技术1.气压传动基础知识(60)而在低速流动时，可认为气体是不可压缩的，不计气体的粘性，忽略位置高度的影响则有：133 声速(音速)与马赫数 1）声速(音速) 声速(音速)是指声波在空气介质中传播的速度。26气动技术1.气压传动基础知识(60)式中，c 声速， 。 2）马赫数 将气流速度v与当地声速c之比称为马赫数，用符号Ma表示，即当 ， 时称亚声速流动， 27气动技术1.气压传动基础知识(60)当 ， 时称超声速流动， 当 ， 时称声速流动，临界状态流动 。134 气体在管道中
10、的流动特性 1）在亚声速流动时（Ma1) 在超声速流动时，气体的流动特性和不可压缩流体的流动特性相反。 即随着管道截面缩小，而气流的流动速度减小；管道截面扩大，则气流速度增加。30气动技术1.气压传动基础知识(60)14 气动元件的流通能力 气动元件的流通能力，是指单位时间内通过阀、管路等的流体体积或质量。目前流通能力可以采用有效截面积值s表示，也可以用流量q等来表示。 141 有效截面积 )有效截面积 31气动技术1.气压传动基础知识(60)气体流过节流孔(如阀口)时，由于实际流体存在粘性，其流束的收缩比节流孔实际面积S0还小。此最小收缩截面称为有效截面积，以S表示，它代表了节流孔的通流能力
11、。 2)有效截面积的测试方法 由容器放气特性测定放气时间，算出s(单位为mm2)值： 32气动技术1.气压传动基础知识(60)式中，V 容器的体积，L ；p1容器内初始压力(表压)，MPa； 33气动技术1.气压传动基础知识(60)p2放气后容器内剩余压力(表压)，MPa；t放气时间，s；T以绝对温度表示的室温， K 。 3) 系统中多个元件合成的S值 系统中有若干元件并联时，合成有效截面积SR为： 34气动技术1.气压传动基础知识(60)系统中有若干元件串联时，合成有效截面积SR为： 式中，SR合成有效截面积，m2；Si各元件的有效截面积，m2。 142 不可压缩气体通过节流小孔的流量 35
12、气动技术1.气压传动基础知识(60)当气体以较低的速度通过节流小孔(如阀口)时，可以不计其压缩性，将其密度视为常数，则气体流量的公式为： 式中q通过节 流小孔的流量， ；Cd流量系数；A节流小孔的面积，m2；气体的密度， ；36气动技术1.气压传动基础知识(60)节流孔前后的压差， Pa 。 143 可压缩性气体通过节流小孔的流量 流速在超声速区时， 1) 当 时2）当 时流速在亚声速区时， 37气动技术1.气压传动基础知识(60)式中，qz自由(基准)状态流量， ；S 有效截面积，m2；p1、p2节流孔进口绝对压 力，Pa ；节流孔前后的压差， T1节流孔进口绝对温度，K。 38气动技术1.
13、气压传动基础知识(60)15 充气、放气温度与时间的计算 151 充气温度与时间的计算 1）充气时引起的温度变化 充气后的温度为： 式中，Ts气源绝对 温度，K，设定T1=Ts ；k绝热指数。 39气动技术1.气压传动基础知识(60)充气结束后，由于气罐壁散热，使罐内气体温度下降至室温，压力也随之下降，降低后的压力值为： 式中，p充气达到室温时，容器内气体稳定的压力值，Pa 。 2) 充气时间 40气动技术1.气压传动基础知识(60)充气时,容器中的压力逐渐上升,充气过程基本上分为声速和亚声速两个充气阶段。当气体压力p小于临界压力,即 时，在最小截面处气流的速度都将是声速，流向容器的气体流量也
14、将保持为常数。 如果把向容器充气的过程看成是绝热过程，使容器充气到临界压力所需的时间t1为：41气动技术1.气压传动基础知识(60)式中，ps气源绝 对压 力，Pa；p1气罐内初 始绝对压 力，Pa；42气动技术1.气压传动基础知识(60)充气与放气的时间 常数，s；V气罐容积,m3；S有效截面积，m2。 在容器中的压力达到临界压力以后，管中的气流速度小于声速，流动进入亚声速范围，随着容器中压力的上升，充气流量将逐渐降低。使容器内气体的压力由临界压力升高到pS所需的时间为： 43气动技术1.气压传动基础知识(60)因此容器内气体的压力由p1充气到ps所需的总时间为： 152 放气温度与时间的计算 1）绝热放气时容器中的温度变化 44气动技术1.气压传动基础知识(60)容器内空气的初始温度为T1，压力为p1，经绝热快速放气后温度降低到T2，压力降低到p2，则放气后温度为： 45气动技术1.气压传动基础知识(60)如果放气至p2后立即关闭气阀,停止放气，则容器内温度上升到室温，此时容器内的压力也上升至p，p的大小按下式计算： 式中，p关闭气阀后容器内气体达到稳定状态时 的绝对压 力，Pa；p2刚关闭气阀时容器内绝对压力，Pa。 46气动技术1.气压
