气压传动介质与液体静力学.ppt

气压传动介质 空气的组成空气的性质空气的质量等级 基准状态 温度 0 压力 0 1013MPa 空气的组成 氮气 体积78 质量75 5 氧气 体积21 质量23 1 其他气体水蒸气 饱和湿空气的概念 干空气 不含水蒸气的空气 湿空气 含有水蒸气的空气 在一定的压力和温度下 空气中所含水蒸气达到最大可含量时 这种空气称为饱和湿空气 空气的密度 与温度 压力有关 干空气的密度计算 g 在热力学温度为T和绝对压力为p状态下的干空气密度 kg m3 0 基准状态下干空气的密度 1 293kg m3 T 热力学温度 K T 273 16 t t为摄氏温度 p 绝对压力 MPa p0 基准状态下干空气的压力 0 1013MPa 湿空气的密度计算 s 在热力学温度为T和绝对压力为p状态下的湿空气密度 kg m3 0 基准状态下干空气的密度 1 293kg m3 T 热力学温度 K T 273 16 t t为摄氏温度 p 湿空气的绝对全压力 MPa p0 基准状态下干空气的压力 0 1013MPa pb 在热力学温度为T时 饱和空气中水蒸气的分压力 MPa 空气的相对湿度 空气的粘性 空气的运动粘度随温度升高而增大 空气的粘度受压力的影响很小 空气的压缩性和膨胀性 压缩性 空气随压力的增大 体积减小 膨胀性 空气随温度的增大 体积增大 空气体积的变化规律遵循气态状态方程 湿空气的几个物理量 绝对湿度 饱和绝对湿度 相对湿度 含湿量 露点温度 析水量 绝对湿度 定义 每立方米的湿空气中所含水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度 ms 水蒸气的质量 kgV 湿空气的体积 m3单位 kg m3 s 水蒸气密度 kg m3ps 水蒸气的分压力 Pa Rs 水蒸气的气体常数 462 05J kg K T 热力学温度 K 饱和绝对湿度 定义 在一定温度下 每立方米饱和湿空气中所含水蒸气的质量 b 饱和湿空气中水蒸气密度 kg m3pb 饱和湿空气中水蒸气的分压力 Pa 相对湿度 定义 在同一温度和压力下 湿空气的绝对湿度和饱和绝对湿度之比 当 0时 空气绝对干燥 当 1时 空气达到饱和湿度 含湿量 质量含湿量 在含有1千克质量干空气的湿空气中所混合的水蒸气的质量 ms 水蒸气的质量 gmg 干空气的质量 kg p 湿空气的全压力 MPa pb 饱和水蒸气的分压力 MPa 空气的相对湿度 容积含湿量 在含有1m3体积干空气的湿空气中所混合的水蒸气的质量 d 质量含湿量 g kg g 干空气的密度 kg m3 露点温度 在保持压力不变的条件下 降低未饱和湿空气的温度 使其达到饱和状态时的温度 称为露点温度 析水量 定义 每小时从压缩空气中析出水的质量 qz 从外界吸入空压机的空气流量 m3 min 压缩前空气的相对湿度T1 p1 压缩前空气的温度和绝对全压力T2 p2 压缩前空气的温度和绝对全压力Pb1 温度为T1时 饱和空气的绝对分压力和饱和容积含湿量 Pb2 温度为T2时 饱和空气的绝对分压力和饱和容积含湿量 例 将20 的空气压缩至0 8MPa 绝对压力 压缩后的空气温度为50 已知压缩空气机吸入空气流量为6m3 min 空气的相对湿度为85 试求每小时的析水量 第二节流体静力学 静压力及其特性静压力基本方程帕斯卡原理静压力对固体壁面的作用力 1 静压力静压力是指液体处于静止状态时 其单位面积上所受的法向作用力 静压力在液压传动中简称为压力 而在物理学中则称为压强 一 静压力及其特性 法向力均匀作用在面积上时 1 液体静压力的方向总是沿着作用面的法线方向 这一特性可直接用液体的性质来说明 液体只能保持一定的体积 不能保持固定的方向 不能承受拉力和剪切力 所以只能承受法向压力 2 静压力特性 2 静止液体内任何一点所受到液体静压力在各个方向都相等 如果液体中某一点所受到的各个方向的压力不相等 那么在不平衡力作用下 液体就要流动 这样就破坏了液体静止的条件 二 静压力基本方程 1 静压力基本方程 点A的压力 小液柱的底面积 液面上的压力 小液柱的高度 密度 小液柱的重量 1 静止液体中任意点的静压力是液体表面上的压力和液柱重力所产生的压力之和 当液面接触大气时 p0为大气压力pa 故有p pa gh 2 同一容器同一液体中的静压力随深度的增加线性地增加 3 连通器内 同一液体中深度相同的各点压力都相等 2 静压力基本方程式的物理意义 液面压力 液面与基准水平面的距离 液体内点A与基准面间的距离 单位质量液体的位能 单位质量液体的压力能 如果在与A点等高的容器上 接一根上端封闭并抽去空气的玻璃管 在静压力作用下 液体将沿玻璃管上升hp 静压力基本方程式说明 静止液体中单位质量液体的压力能和位能可以相互转换 但各点的总能量保持不变 即能量守恒 这说明了A处液体质点由于受到静压力作用而具有势能 单位质量液体具有的势能为hpg 能量守恒 3 压力的表示方法及单位 真空度 液体中某点处的绝对压力比大气压小的那部分数值 绝对压力 大气压力 相对压力 表压力 真空度 大气压力 绝对压力 压力 绝对压力 以绝对真空为基准所表示的压力 相对压力 以大气压为基准所表示的压力 绝对压力 相对压力与真空度的相互关系 我国法定的压力单位 也是国际单位 为牛顿 米2 N m2 称为帕斯卡 简称帕 Pa 在液压技术中 目前还采用的压力单位有巴 bar 和工程大气压 at 千克力每平方米 kgf m2 等 压力的单位 压力单位换算 例题 如图所示 容器内充满油液 活塞上作用力F 1000 活塞的面积A 10 3m2 问活塞下方深度h 0 5m处的压力等于多少 油液的密度 900kg m3 由静压力基本方程式p p0 h可知 液体中任何一点的压力都包含有液面压力p0 或者说液体表面的压力p0等值地传递到液体内所有的地方 这称为帕斯卡原理或静压传递原理 三 帕斯卡原理 帕斯卡原理应用实例 图中是运用帕斯卡原理寻找推力和负载间关系的实例 图中垂直 水平液压缸截面积为A1 A2 活塞上负载为F1 F2 两缸互相连通 构成一个密闭容器 则按帕斯卡原理 缸内压力到处相等 p1 p2 于是F2 F1 A2 A1 如果垂直液缸活塞上没负载 则在略去活塞重量及其它阻力时 不论怎样推动水平液压缸活塞 不能在液体中形成压力 四 静压力对固体壁面的作用力 1 压力作用在平面上的作用力当承受压力作用的面是平面时 作用在该面上的压力的方向是互相平行的 作用力F等于油液压力p与承压面积A的乘积 即F p A 图中所示的液压缸 油液压力作用在活塞上的作用力为 F p A p D2 4式中p 油液的压力 D 活塞的直径 2 油液压力作用在曲面上的作用力 当承受压力作用的表面是曲面时 作用在曲面上的所有压力的方向均垂直于曲面 如图所示 图中将曲面分成若干微小面积dA 将作用力dF分解为x y两个方向上的分力 即Fx p dAsin p AxFY p dAcos p Ay式中 Ax Ay分别是曲面在x和y垂直方向上的投影面积 所以作用力F Fx2 Fy2 1 2 例题 将20 的空气压