列出了理想气体的状态方程.ppt

主讲：黄志昌副教授TEL：26731646（o液压与气动技术2,第一篇,气压传动与控制技术,第二章气动技术基础,本章介绍了气动技术的常用计量单位及换算关系、气缸出力的相关计算及空气消耗量的相关计算，列出了理想气体的状态方程。详细论述了压力的表示方法与使用方法、气阻及有效断面积的计算与换算。最后介绍了干空气与湿空气的基本概念、相对湿度与含湿量的概念、常压露点与压力露点的概念及空气的质量等级。本章的这些基本知识，将在本书第1篇后述的各章中逐步得到应用。,第二章气动技术基础,本章内容,2.1气动技术常用单位换算,2.1气动技术常用单位换算,2.1气动技术常用单位换算,2.1气动技术常用单位换算,2.2气动技术基本公式及计算,1.基本公式与计量单位,2.1气动技术常用单位换算,图2.1气动技术中所示用的压力单位,标准大气压不是1bar，而是1.013bar,2.2气动技术基本公式及计算,1.基本公式与计量单位,标准大气压下的体积流量：,2.2气动技术基本公式及计算,1）气缸活塞受力面积计算,2.气缸的相关计算,（m2）,气缸内径,活塞杆内径,2.2气动技术基本公式及计算,2.气缸的相关计算,2）气缸的理论出力计算：,（N）,p为压力（Pa）,气缸活塞受力面积（m2）,2.2气动技术基本公式及计算,3)气缸的实际负载力计算：,2.2气动技术基本公式及计算,4）缸的负载率计算：,气缸负载率的选取与气缸的负载性能、安装工况及气缸的运动速度有关。对于阻性负载，如气缸用作气动夹具，负载不产生惯性力，一般选取负载率为0.8；对于惯性负载，如气缸用来推送工件，负载将产生惯性力，负载率的取值如下：0.65当气缸低速运动，v500mms时,2.2气动技术基本公式及计算,气缸的效率一般在0.70.95之间，具体数值与气缸缸径D和工作压力p有关。当缸径增大，工作压力p提高时，摩擦力在理论输出力中所占的比例明显减小，机械效率提高。,5）机械效率计算：,2.2气动技术基本公式及计算,6）气缸的输出力计算：,（1）单作用气缸输出推力：,P1作用于活塞上的压力；A1活塞的工作面积；F摩擦阻力；m为运动构件质量；a为运动构件加速度；L0为活塞位移L和弹簧预压缩量的总和；KS为弹簧刚度。,2.2气动技术基本公式及计算,6）气缸的输出力计算：,（1）单作用式气缸输出推力：,在一般的计算过程中，单作用气缸的输出推力可按简化式计算：,为气缸的机械效率,2.2气动技术基本公式及计算,6）气缸的输出力计算：,在一般的计算过程中，双作用气缸的输出推力可按简化式计算：,2）双作用式气缸输出推力,为气缸的机械效率,2.2气动技术基本公式及计算,步骤：(1)根据气缸安装及驱动负载的实际工况，分析计算出气缸轴向实际负载F,方法：根据其负载力大小、运行速度和系统工作压力来决定。,7)气缸缸径的选择计算：,2由气缸平均运行速度来选定气缸的负载率，一般而言，气缸速度越高，越小；,2.2气动技术基本公式及计算,步骤：初步选定气缸工作压力(一般为0.4MPa0.6MPa)，再由F，计算出气缸理论出力Ft；,方法：根据其负载力大小、运行速度和系统工作压力来决定。,7)气缸缸径的选择计算：,(4)计算出缸径及杆径，并按标准圆整得到实际所需的缸径和杆径。,2.2气动技术基本公式及计算,8)气缸缸径的选择计算例题：,【例2-1】气缸推动工件在水平导轨上运动。已知工件等运动件质量为m260kg，工件与导轨间的摩擦系数0.25，气缸行程L为400mm，经2s时间工件运动到位，系统工作压力p=0.5MPa，试选定气缸缸径。解：气缸实际轴向负载:,气缸平均速度:,2.选定负载率:=0.53.计算气缸的理论出力：,2.2气动技术基本公式及计算,8)气缸缸径的选择计算例题：,按标准选定气缸得缸径为63mm,2.2.3空气消耗量计算,某气动回路的最大耗气量是指该气动回路在单位时间内所消耗气体（排到大气中）的多少。,气缸种类（单作用、双作用）行程气缸直径行程动作频度方向阀到气缸间的管路容积气缸的数量有关。,可根据最大耗气量选择空气压缩机的容量。,最大耗气量与下列有关：,2.3空气消耗量计算,空气消耗量：,为压缩比,A为气缸活塞面积；L为气缸行程。,n为每分钟气缸往复次数,2.3理想气体状态方程,气体在流动过程中产生内摩擦力的性质称为黏性，表示黏性大小的量称为黏度。空气黏度随温度的变化而变化，温度越高黏度越大。理想气体是指没有黏性的气体。,2.3理想气体状态方程,2.3理想气体状态方程,2.3理想气体状态方程,2.3理想气体状态方程,【例22】把绝对压力为p=0.1MPa，温度为l0的某容积V干空气压缩到1/5V，计算等温过程中压缩后的压力。解：由题意可知，V2=0.2V1等温过程p1V1=p2V2即0.1V1=p2V2，,答：压缩后的压力为绝对压力0.5MPa。,2.3理想气体状态方程,【例23】由空气压缩机往储气罐内充入压缩空气，使罐内压力由0.1MPa(绝对)升到0.25MPa(绝对)，气罐温度从室温20升到t，充气结束后，气罐温度又逐渐降至室温，此时罐内压力为p，求p和t各为多少。解：此过程是一个复杂的充气过程，可看成是简单的绝热充气过程。,已知：p1=0.1MPa，p2=0.25MPa，T1=(20+273)K=293K绝热过程的数学表达式可得,2.3理想气体状态方程,【例23】由空气压缩机往储气罐内充入压缩空气，使罐内压力由0.1MPa(绝对)升到0.25MPa(绝对)，气罐温度从室温20升到t，充气结束后，气罐温度又逐渐降至室温，此时罐内压力为p，求p和t各为多少。解：,充气结束后为等容过程，得,图2.3理想流体伯努利方程,2.4气体流动的基本方程,式中为气体密度(kg/m3)；v为气体运动速度(ms)；A为流管的截面积(m2)。,1.连续性方程,根据质量守恒定律，气体在管道内作定常流动时，通过流管任意截面的气体质量流量都相等，即,图2.3理想流体伯努利方程,2.4气体流动的基本方程,P为单位体积流体的压力能，,为单位体积流体位能，,在密闭管道内作恒定流动的理想流体具有三种形式的能量，即压力能、位能和动能。在流动过程中，三种能量可以相互转化，但各个过流断面上三种能量之和恒为定值。当流体速度愈快，其压力愈低，反之速度减低，压力增加。,2.伯努利方程,为单位体积流体的动能,2.5气体流通能力,图2.4节流孔的有效截面积,设孔口面积为S0，由于孔口具有尖锐边缘，而流线又不可能突然转折，经孔口后流束发生收缩，其最小收缩截面称为有效断面积，以Se表示，单位为mm2。它代表了节流孔的通流能力。,节流孔的有效断面积Se与孔口实际截面积S0之比，称为收缩系数。以表示。即：,2.5气体流通能力,图2.4节流孔的有效截面积,对于如图2.4所示之圆形节流孔，设节流孔直径为d，节流孔上游直径为D，节流孔口面积S0=d2/4。令=(dD)2，根据曲线（未画出）得出收缩系数的数值，便可计算有效断面积Se。,节流孔的有效断面积Se与孔口实际截面积S0之比，称为收缩系数。以表示。即：,2.5气体流通能力,管路的等价有效断面积Sep在工程上,通常是把一段管路的压力损失折合成这段管路的等价有效断面积。具体计算公式如下：,直径系数；,L管道的长度,表2.3尼龙管有效断面积直径系数表,2.5气体流通能力,2.5气体流通能力,图2.6多个气阻的串联,图2.7气阻的并联,2.5气体流通能力,气动组件的流通能力常用气阻的有效断面积Se值来描述，2.目前的产品样本中还大量使用由非法定计量单位定义的流量特性系数CV。Se18CV3.CV值与KV值只是采用了不同的计量单位，它们之间的转换关系式为：CV1.167KV,2.5.2有效断面积与CV值、KV值,2.5.2有效断面积与CV值、KV值,2.5气体流通能力,这时当气体流过气阻时，流量增大，压差也增大。,l/min,当P2/P10.528时，为亚音速流：,2.5.2有效断面积与CV值、KV值,流量计算公式,2.5气体流通能力,它的流量就不再和出口压力P2有关,而只同入口压力有一定的关系。,其流量计算公式为：,l/min,当P2/P10.528时，为音速流,2.5.3气阻的流量表示,2.6压缩空气的露点与质量等级,2.6.1干空气与湿空气气,不含水蒸气的空气称为干空气，含水蒸气的空气就称为湿空气。湿空气是干空气和水蒸气的混合气体。,标准状态下干空气的组成(即温度为0、压力为p=0.1013MPa),2.6压缩空气的露点与质量等级,2.6压缩空气的露点与质量等级,2.6.2相对湿度与含湿量,为未饱和水蒸气分压(绝对压力)。,相对湿度,(Pa),2.6压缩空气的露点与质量等级,2.6.2相对湿度与含湿量,2.含湿量,当压力和温度变化时，湿空气中水蒸气的质量可能会发生变化，但其中的干空气质量总是不变的。为了分析和计算方便，常采用干空气质量作为计算基准。一定容积的湿空气中水蒸气质量ms(kg)与干空气质量mg(kg)之比称为含湿量，以符号d表示。,2.6压缩空气的露点与质量等级,2.6.3常压露点与压力露点,定义在一定压力下，降低未饱和湿空气的温度，使其达到饱和状态时的温度称作露点。,指在规定的空气压力下湿空气冷却至饱和时的温度（水蒸气开始凝结的那一刹那的温度）。,常压露点一般是将气体压力降至大气压力下进行，这时的露点称为气体的常压露点，即在大气压下水分的凝结温度。压力露点气体实际压力下的露点称为压力露点,即气压系统在某一高压下的凝结温度。在使用压缩空气时，只要气体温度不下降到压力露点以下，就不应该有水份析出。,2.6压缩空气的露点与质量等级,2.6.3常压露点与压力露点,压缩空气相对湿度的计算公式：,压缩前空气的相对湿度。,2.6压缩空气的露点与质量等级,图2.8露点表图2.9压力露点与大气压露点的换算,2.6压缩空气的露点与质量等级,【例2-4】空气压缩机吸人空气量为3m3min，空压机房内大气压力pa=0.1MPa，大气温度T=30，相对湿度，求30min内空压机从空气中吸入水分有多少?,解：由T=30，查表2.5，得b=30.32(g/m3)。,30min吸入空气量V=330=90m3，故30min内空压机从空气中吸入水分:,(g/m3)。,2.6压缩空气的露点与质量等级,【例2-5】已知湿空气的温度为30，相对湿度,解:温度30、相对湿度60的湿空气密度由上题已算出为18.19(g/m3)。2.令b=18.19，由表2.5查得对应温度为21，即温度降至21时开始有水滴析出。,问该湿空气的大气压露点是多少?,2.6压缩空气的露点与质量等级,【例2-6】已知湿空气的压力Pa=0.1MPa，温度T=30，相对湿度，空压机吸入空气流量q=3m3/min，经空压机将空气压缩成,1)压缩后的湿空气的压力露点是多少?2)该压缩空气被后冷却器冷却至25时，每小时冷凝出的水量是多少?解：1)压缩前，湿空气温度为30，由表2.5，查得压缩前湿空气的饱和水蒸气分压力pb=4.239kPa。则压缩后湿空气开始析出水滴的饱和水蒸气分压力：,2.6压缩空气的露点与质量等级,查表2.5，则得压力露点61。即在0.7MPa下，温度降至61便开始析出水滴。2)温度达61便开始有水析出，故温度降至25，一定有部分水析出。压缩前湿空气的水蒸气密度,当温度为25时，查表2.5，得饱和水蒸气密度为,同一温度下，将0.1MPa压