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第11章气压传动基础知识第二篇气压传动2020/1/25111.1空气的物理性质一、空气的组成主要成分有氮气、氧气，其他气体所占比例极小。含水蒸气的空气称为湿空气，不含水蒸气的空气称为干空气。二、空气的性质空气的密度ρ单位体积内空气的质量。对于干空气ρ=ρo×273/（273+t）×p/0.1013P-绝对压力（MPa），ρo-温度为0℃、压力在0.1013MPa时干空气的密度ρo=1.293kg/m3第11章气压传动基础知识第二篇气压传动2020/1/252空气的重度γ单位体积内空气的重量，称为空气的重度，γ=ρg二、空气的性质空气的粘性：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，且随温度的升高而升高。三、湿度和含湿量所含水份的程度用湿度和含湿量来表示。湿度湿度的表示方法有绝对湿度和相对湿度之分。第11章气压传动基础知识第二篇气压传动2020/1/253绝对湿度：每立方米湿空气中所含的水蒸汽的质量饱和绝对湿度：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，此时的绝对湿度称为饱和绝对湿度。相对湿度在相同温度和压力的条件下，绝对湿度和饱和绝对湿度之比称为该温度下的相对湿度。含湿量每千克质量的干空气中所混合的水蒸汽的质量第11章气压传动基础知识第二篇气压传动2020/1/254一、理想气体的状态方程11.2气体状态方程没有粘性的气体称为理想气体。空气可视为理想气体。一定质量的理想气体在状态变化的瞬间，有如下气体状态方程成立pV/T=常量或p=ρRT二、理想气体的状态变化方程等压变化1212VVTT常数第11章气压传动基础知识第二篇气压传动2020/1/255二、理想气体的状态变化方程等容过程1212ppTT常数气体对外不做功，气体随温度升高，压力增加，系统内能增加等温过程1122pVpV常数在等温过程中，无内能变化，加入系统的热量全部变成气体所做的功。在气动系统中气缸工作、管道输送空气等均可视为等温过程。第11章气压传动基础知识第二篇气压传动2020/1/256二、理想气体的状态变化方程绝热过程1122kkpVpV常量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。式中k为绝热指数，对空气来说k=1.4气动系统中快速充、排气过程可视为绝热过程。多变过程n—多变指数(0~1.4)1122nnpVpV常量不加任何限制条件的气体状态变化过程称为多变过程。第11章气压传动基础知识第二篇气压传动2020/1/257一、连续性方程11.3气体的流动规律二、伯努利方程11122212vAvA因气体可以压缩（ρ≠常数），又因气体流动很快，来不及与周围环境进行热交换，按绝热状态计算，则有v2/2+gz+kp/（k-1）ρ＋ghw=常数因气体粘度小，若不考虑摩擦阻力，则有v2/2+gz+kp/（k-1）ρ=常数根据质量守恒定律第11章气压传动基础知识第二篇气压传动2020/1/258三、声速与马赫数11.3气体的流动规律声音引起的波称为“声波”。声波在介质中的传播速度称为声速。声音传播过程属绝热过程。对理想气体来说，声音在其中传播的相对速度只与气体的温度有关。气流速度与当地声速之比称为马赫数。用符号Ma表示Ma＝v/cMa是气体流动的一个重要参数，集中反映了气流的压缩性，Ma愈大，气流密度变化越大。2020273ckRTTt第11章气压传动基础知识第二篇气压传动2020/1/259三、声速与马赫数11.3气体的流动规律当v＜c，Ma＜1时，称为亚声速流动；当v＝c，Ma＝1时，称为声速流动，也叫临界状态流动；当v＞c，Ma＞1时，称为超声速流动。第11章气压传动基础知识第二篇气压传动2020/1/2510四、通流能力11.3气体的流动规律气动元件的通流能力，是指单位时间内通过阀、管路等的流体体积或质量。目前通流能力可以采用有效截面积A表示。有效截面积：气体流过节流孔时，由于孔口具有尖锐的边缘，而流线又不可能突然转折，经孔口后流束发生收缩，收缩后的最小截面积称为有效截面积。用A表示。第11章气压传动基础知识第二篇气压传动2020/1/2511有效截面积的简化计算对于阀口或管路A=αA0式中：α为收缩系数，由相关图查出；A0为孔口实际面积。多个元件组合后有效截面积的计算并联元件AR＝∑Ai串联元件2211RiAA第11章气压传动基础知识第二篇气压传动2020/1/2512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。1充气温度与时间的计算五气压传动系统中的气体变化过程向容器充气的过程视为绝热过程，容器内压力由p1升高到p2，容器内温度也由室温T1升高到T2，充气后的温度为：212111sskTTTpkpT式中Ts为气源的绝对温度；k为绝热指数。第11章气压传动基础知识第二篇气压传动2020/1/2513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压力，在最小截面处气流的速度都是声速，流向容器的气体流量将保持为常数。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，流动进入亚声速范围，随着容器中压力的上升，充气流量将逐渐降低。容器内压力由p1充气到ps所需总时间t＝(1.285－p1／ps)ττ＝5.217×10－3×（V/kS）(273/Ts)1/2第11章气压传动基础知识第二篇气压传动2020/1/25142放气温度与时间的计算容器内空气的初始温度为室温T1，压力为p1，经绝热放气后温度降低到T2，压力降低到p2，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T1，其内的压力也上升至pp=p2T1/T2第11章气压传动基础知识第二篇气压传动2020/1/2515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。容器由压力p1降到大气压力pa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｝ττ=5.217×10-3V(273/T1)1/2/kS•式中p*为放气临界压力（1.92×105Pa)