SMC气动基础1--理论篇

1气动技术基础理论SMC（中国）有限公司上海分公司SMC气动培训教程2空气的组成干空气成分氮N2氧O2氩Ar二氧化碳CO2其他气体体积%78.0320.930.9320.030.078重量%75.523.11.280.0450.075实际空气还含有油粒、灰尘和水蒸汽等杂质，会对气动系统设备和元件造成损害空气的性质密度空气是具有质量的，单位体积的空气中所含有的空气的质量称为空气的密度)/(3mkgVmmV3FA)/(2mNAFP压力压力表示法表压力绝对压力真空度大气压P=Pa绝对真空P=0绝对压力表压力：以大气压为基准，高于大气压的压力值，即相对压力，也即由压力表读出的压力真空度：以大气压为基准，低于大气压力的压力值，正值真空压力：绝对压力与大气压力之差，与真空度大小相同，符号相反PPaPPa！压力是由负载建立的！41MPa=1000Pa=10bar1bar=1atm=1kgf/cm2=14.5psi=100kPa1atm=76mmHg1psi=6.89kPa压力单位温度热力学温度T单位为K摄氏温度t单位为℃t=T-T0T0=273.15K可压缩性气体的分子间距大，故气体的体积容易随压力发生变化P1P2标准状态和基准状态标准状态(ANR)：温度20℃，相对湿度65%，压力0.1MPa基准状态：温度0℃，压力101.3KPa的干空气的状态5空气中的水分几个概念水蒸汽分压力：湿空气中水蒸汽独占空气总容积时所具有的压力。当空气中的水蒸汽达到饱和时，这时水蒸汽所具有的压力叫做饱和水蒸汽分压力。绝对湿度（kg/m3）：每一立方米的湿空气中所含有的水蒸汽的质量。TRPVmSSSsρs=水蒸汽的密度，kg/m3Ps=水蒸汽分压力，PaRs=水蒸汽的气体常数，462.05J/(kg·K)相对湿度（kg/m3）：一定温度和压力下，湿空气的绝对湿度与饱和湿空气的湿度之比，也就是实际水分含量和露点（饱和湿空气）时水分含量之比。表明湿空气吸收水分的能力。露点：空气在这个温度下呈现饱和状态。即空气饱和（相对湿度100%），温度再降低则开始析出水分。饱和绝对湿度（kg/m3）：每立方米湿空气中所能够含有的水蒸汽的最大质量。！空气中水蒸汽的实际含量完全取决于温度，1m3的压缩空气中只能包含1m3的饱和湿空气所能含有的水蒸汽质量6压缩空气中的水分随着空气的压缩，空气的体积减小，压力和温度升高。压缩空气的最大含水量与当达到最终温度下同样体积的饱和空气的含水量相等。看下面这个例子：下面4个立方体分别代表温度为20℃、体积为1m3的空气，相对湿度为50%。这就意味着每立方米的空气中都含有8.7g的水蒸汽，饱和时含有17.4g的水蒸汽。在温度不变的情况下将空气压缩，将4m3的空气压缩成1m3的压缩空气，这1m3的压缩空气中应该含有4×8.7=34.8g的水蒸汽，但是20℃时1m3的空气中的最大含水量只有17.4g，因此多余的2×8.7=17.4g的水蒸汽将变成水析出。这样我们就不难理解压缩空气的相对湿度和压力露点的含义了。压缩空气的相对湿度：空气压缩后温度和压力都上升，在最终温度、压力、体积的条件下，压缩空气的含水量与该温度、体积的饱和空气的含水量之比。压力露点：空气压缩后，最终状态下析出水分的温度。7气体的控制规律（气体状态方程）气体的状态气体的压力、体积、温度表明了气体所处的状态对于一定质量的气体，状态方程可以表示成RTVPTVP222111等温变化（波义尔定律BOYLES）2211VPVP对于一定质量的气体，在温度不变的条件下，压力和它的质量成反比V=1,P=1V=0.5,P=2FV=0.2,P=5F332211VPVPVPT=常数等压变化（查理定律CHARLES）对于一定质量的气体，在压力不变的条件下，气体体积的增加和温度成正比CTVTVKK)(22)(11一定压力下，温度每升高1℃，对于一定质量的气体，其体积增加1/2738对于一定质量的气体，在体积不变的条件下，气体的压力和温度成正比CTPTP2211绝热变化等容变化一定体积的空气被迅速压缩，没有与外界进行热交换PVn=c空气n=1.4多变过程一定质量的气体，状态参数都发生变化，并且不是绝热变化的情况。比如减震器吸收冲击的过程。n可取1.22468024681012bara101214141616PV1.4=c绝热变化PV1.2=c多变过程PV=c等温过程体积0压力9压缩空气的流动不可压缩流动气流速度小于70~100m/s的流动，流动过程中气体的密度未发生变化或变化量很小流量Q=u·AAu流量连续性方程u1·A1=u2·A2A1A2u2u1总流量不变伯努利方程2222112121upup能量守恒，单位体积的气体压力能和动能之和保持不变p1p2可压缩流动气流达到声速时，p1≈2p2p1u=0p2u2从气罐中向外排气，在p1下降到2p2之前，流量保持不变P1bar绝对压力timeP1=9bar2P2051020012345615789大气压10气动元件的流量特性表述流量特性的方法流通能力Cv值又称水流量，在温度为15.5℃，流经压差为1psi(6.89kPa)的阀门测得的流量系数，用来表示气动元件通流能力的大小，即允许通过流量的大小有效截面积S值流过电磁阀的流量与流过某一个截面积为S的小孔的流量相当，则可以用S来表示电磁阀的有效截面积S≈18Cv流量的计算方法亚声速流动即1（P1+0.1）/(P2+0.1)2时q=248S[ΔP(P2+0.1)]0.5结论：可见亚声速流动下，通过阀的流量与阀的进出口压差ΔP和有效截面积S都有关。流量q与进出口压差ΔP成正比，与有效截面积S成正比。ΔP越大（即P2越小），流量q越大；S越大，流量q越大。声速流动即（P1+0.1）/(P2+0.1)≥2时q=124S(P1+0.1)结论：可见声速流动下，流量只与阀的进口压力P1和有效截面积S有关，若阀的进口压力P1不变，则流量仅与S有关11气体流过阀口的流动状态12谢谢大家