气动基础1--理论篇.ppt

1 气动技术基础理论 2 空气的组成 干空气 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 m V 3 F A 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 P Pa P Pa 压力是由负载建立的 4 1MPa 1000kPa 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 P1 P2 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 s 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 等温变化 波义尔定律BOYLES 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 1 V 0 5 P 2 F V 0 2 P 5 F 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 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1 273 8 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 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 2 2 4 6 8 0 2 4 6 8 10 12 bara 10 12 14 14 16 16 PV1 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 A A u 流量连续性方程 u1 A1 u2 A2 A1 A2 u2 u1 总流量不变 伯努利方程 能量守恒 单位体积的气体压力能和动能之和保持不变 p1 p2 可压缩流动 气流达到声速时 p1 2p2 p1u 0 p2u2 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 time P1 9bar 2P2 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 P 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 P和有效截面积S都有关 流量q与进出口压差 P成正比 与有效截面积S成正比 P越大 即P2越小 流量q越大 S越大