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1、第11章 气压传动基础知识第二篇 气压传动11.1 11.1 空气的物理性质空气的物理性质一、空气的组成一、空气的组成 主要成分有氮气、氧气，其他气体所占比例极小。主要成分有氮气、氧气，其他气体所占比例极小。含水蒸气的空气称为含水蒸气的空气称为湿空气湿空气，不含水蒸气的空气称为不含水蒸气的空气称为干空气干空气。二、二、空气的性质空气的性质n空气的密度空气的密度 单位体积内空气的质量。单位体积内空气的质量。对于干空气对于干空气=o273 /（273+t）p / 0.1013P-绝对压力（绝对压力（MPa），），o-温度为温度为0、压力在、压力在0.1013MPa时时干空气的密度干空气的密度o=1
2、.293kg/m32021/6/71第11章 气压传动基础知识第二篇 气压传动n空气的重度空气的重度单位体积内空气的重量，称为空气的重度，单位体积内空气的重量，称为空气的重度，=g二、二、空气的性质空气的性质n空气的粘性：空气质点相对运动时产生阻力的性质。空气的粘性：空气质点相对运动时产生阻力的性质。较液体的粘度小很多，较液体的粘度小很多，且随温度的升高而升高且随温度的升高而升高。三、三、湿度和含湿量湿度和含湿量所含水份的程度用湿度和含湿量来表示所含水份的程度用湿度和含湿量来表示。n湿度湿度湿度的表示方法有湿度的表示方法有 绝对湿度绝对湿度和和相对湿度相对湿度之分。之分。2021/6/72第1
3、1章 气压传动基础知识第二篇 气压传动绝对湿度绝对湿度：每立方米湿空气中所含的水蒸汽的质量：每立方米湿空气中所含的水蒸汽的质量饱饱和和绝绝对对湿湿度度：湿湿空空气气中中水水蒸蒸汽汽的的分分压压力力达达到到该该温温度度下下水蒸汽的饱和压力，此时的绝对湿度称为饱和绝对湿度。水蒸汽的饱和压力，此时的绝对湿度称为饱和绝对湿度。相相对对湿湿度度 在在相相同同温温度度和和压压力力的的条条件件下下，绝绝对对湿湿度度和和饱饱和和绝对湿度之比称为该温度下的相对湿度。绝对湿度之比称为该温度下的相对湿度。n含湿量含湿量每千克质量的干空气中所混合的水蒸汽的质量每千克质量的干空气中所混合的水蒸汽的质量2021/6/73
4、第11章 气压传动基础知识第二篇 气压传动一、理想气体的状态方程一、理想气体的状态方程 11.2 11.2 气体状态方程气体状态方程没有粘性的气体称为理想气体没有粘性的气体称为理想气体。空气可视为理想气体。空气可视为理想气体。n一定质量的理想气体在状态变化的瞬间，一定质量的理想气体在状态变化的瞬间， 有如下气体有如下气体状态方程成立状态方程成立 pV / T = 常量常量 或或 p=RT二、理想气体的状态变化方程二、理想气体的状态变化方程 n等压变化等压变化2021/6/74第11章 气压传动基础知识第二篇 气压传动二、理想气体的状态变化方程二、理想气体的状态变化方程 n等容过程等容过程 气气
5、体体对对外外不不做做功功，气气体体随随温温度度升升高高，压压力力增增加加，系系统统内内能增加能增加n等温过程等温过程 在在等等温温过过程程中中，无无内内能能变变化化，加加入入系系统统的的热热量量全全部部变变成成气气体体所所做做的的功功。在在气气动动系系统统中中气气缸缸工工作作、管管道道输输送送空空气气等等均可视为均可视为等温过程等温过程。2021/6/75第11章 气压传动基础知识第二篇 气压传动二、理想气体的状态变化方程二、理想气体的状态变化方程 n绝热过程绝热过程一定质量的气体和外界没有热量交换时的状态变化过程一定质量的气体和外界没有热量交换时的状态变化过程叫做绝热过程。叫做绝热过程。式中
6、式中k为绝热指数，对空气来说为绝热指数，对空气来说k=1.4气动系统中快速充、排气过程可视为气动系统中快速充、排气过程可视为绝热过程绝热过程。n多变过程多变过程 n多变指数多变指数(01.4) 不加任何限制条件的气体状态变化过程称为多变过程。不加任何限制条件的气体状态变化过程称为多变过程。2021/6/76第11章 气压传动基础知识第二篇 气压传动一、连续性方程一、连续性方程 11.3 气体的流动规律气体的流动规律二、伯努利方程二、伯努利方程 因因气气体体可可以以压压缩缩（ 常常数数） ，又又因因气气体体流流动动很很快快，来不及与周围环境进行热交换，按来不及与周围环境进行热交换，按绝热状态绝热
7、状态计算，则有计算，则有 v2/2+ gz + kp /（k-1）ghw= 常数常数因气体粘度小，若不考虑摩擦阻力，则有因气体粘度小，若不考虑摩擦阻力，则有 v2/2+ gz + kp /（k-1）= 常数常数根据根据质量守恒定律质量守恒定律2021/6/77第11章 气压传动基础知识第二篇 气压传动三、声速与马赫数三、声速与马赫数 11.3 气体的流动规律气体的流动规律n声声音音引引起起的的波波称称为为“声声波波”。声声波波在在介介质质中中的的传传播播速速度度称称为为声速声速。声音传播过程属绝热过程。声音传播过程属绝热过程。对对理理想想气气体体来来说说，声声音音在在其其中中传传播播的的相相对
8、对速速度度只只与与气气体体的温度有关。的温度有关。n气流速度与当地声速之比称为气流速度与当地声速之比称为马赫数马赫数 。用符号用符号Ma表示表示 Ma v/c Ma 是是气气体体流流动动的的一一个个重重要要参参数数，集集中中反反映映了了气流的压缩性，气流的压缩性， Ma愈大，气流密度变化越大。愈大，气流密度变化越大。 2021/6/78第11章 气压传动基础知识第二篇 气压传动三、声速与马赫数三、声速与马赫数 11.3 气体的流动规律气体的流动规律 当当v c，Ma 1时，称为亚声速流动；时，称为亚声速流动； 当当vc，Ma 1时，称为声速流动，也叫临界状态流动；时，称为声速流动，也叫临界状态
9、流动； 当当v c，Ma 1时，称为超声速流动。时，称为超声速流动。2021/6/79第11章 气压传动基础知识第二篇 气压传动四、通流能力四、通流能力 11.3 气体的流动规律气体的流动规律 气气动动元元件件的的通通流流能能力力，是是指指单单位位时时间间内内通通过过阀阀、管管路路等等的的流流体体体体积积或或质质量量。目目前前通通流流能能力力可可以以采采用用有有效效截截面面积积A 表示。表示。 n有有效效截截面面积积：气气体体流流过过节节流流孔孔时时，由由于于孔孔口口具具有有尖尖锐锐的的边边缘缘，而而流流线线又又不不可可能能突突然然转转折折，经经孔孔口口后后流流束束发发生生收收缩缩，收缩后的最
10、小截面积称为有效截面积。用收缩后的最小截面积称为有效截面积。用A表示。表示。2021/6/710第11章 气压传动基础知识第二篇 气压传动有效截面积的简化计算有效截面积的简化计算 对于阀口或管路对于阀口或管路 A =A0式中：式中：为收缩系数，由相关图查出；为收缩系数，由相关图查出；A0 为为孔口实际面积。孔口实际面积。多个元件组合后有效截面积的计算多个元件组合后有效截面积的计算并联元件并联元件 ARAi 串联元件串联元件2021/6/711第11章 气压传动基础知识第二篇 气压传动 在气动系统中向气罐、气缸、管路及其它执行机构充在气动系统中向气罐、气缸、管路及其它执行机构充气，或由它们向外排
11、气所需的时间及温度变化是正确利用气，或由它们向外排气所需的时间及温度变化是正确利用气动技术的重要问题气动技术的重要问题。1 充气温度与时间的计算充气温度与时间的计算五五 气压传动系统中的气体变化过程气压传动系统中的气体变化过程 向容器充气的过程视为向容器充气的过程视为绝热过程绝热过程，容器内压力由，容器内压力由p1升高升高到到p2，容器内温度也由室温，容器内温度也由室温T1升高到升高到T2，充气后的温度为：，充气后的温度为：式中式中 Ts Ts为气源的绝对温度；为气源的绝对温度； k k为绝热指数。为绝热指数。2021/6/712第11章 气压传动基础知识第二篇 气压传动充气时，容器中的压力逐
12、渐上升，充气过程基本上分为充气时，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。当容器中气体压力小于临界声速和亚声速两个充气阶段。当容器中气体压力小于临界压力，在最小截面处气流的速度都是压力，在最小截面处气流的速度都是声速声速，流向容器的气，流向容器的气体流量将保持为常数。体流量将保持为常数。 在容器中压力达到临界压力以后，管在容器中压力达到临界压力以后，管中气流的速度小于声速，流动进入中气流的速度小于声速，流动进入亚亚声速声速范围，随着容器中压力的上升，范围，随着容器中压力的上升，充气流量将逐渐降低。充气流量将逐渐降低。容器内压力由容器内压力由p p1 1充气到充气到p
13、ps s所需总时间所需总时间 t (1.285p1 ps) 5.217103（V /kS）(273/Ts)1/22021/6/713第11章 气压传动基础知识第二篇 气压传动2 放气温度与时间的计算放气温度与时间的计算容器内空气的初始温度为室温容器内空气的初始温度为室温T T1 1，压力为压力为p p1 1，经经绝热绝热放气后放气后温度降低到温度降低到T T2 2 ，压力降低到压力降低到p p2 2 ，则放气后温度为则放气后温度为 T2=T1(p2/p1)（k-1）/k但容器停止放气，容器内温度上升到室温但容器停止放气，容器内温度上升到室温T T1 1，其内，其内的压力也上升至的压力也上升至
14、p p p=p2T1/T22021/6/714第11章 气压传动基础知识第二篇 气压传动放气时间放气时间 与充气过程一样，放气过程也分为声速和亚声速两个阶段。容器由压与充气过程一样，放气过程也分为声速和亚声速两个阶段。容器由压力力p p1 1 降到大气压力降到大气压力p pa a 所需绝热放气时间为所需绝热放气时间为 t =（2k /k-1 ）(p1/p*)(k-1)/2k-1+0.945( p1/0.1013 )(k-1)/2k = 5.21710-3 V (273/T1)1/2/kS式中式中 p* 为放气临界压力（为放气临界压力（1.92105 Pa)2021/6/715第11章 气压传动基础知识第二篇 气压传动部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！
