壓縮空氣的理論

發(fā)布日期：2022-08-12 作者：深圳屹誠點(diǎn)擊：

3、壓縮空氣的理論

單位

對氣壓傳動實(shí)際應(yīng)用而言，有必要掌握關(guān)于空氣的自然規(guī)律和通用的物理量綱。
雖然，自1960年以來國際單位已被全世界所接受，但在美國、英國和日本仍很大范圍內(nèi)使用英制單位。

8用於氣動的SI單位制8
量	符號	SI制	名稱	附注
1、基本單位
品質(zhì)	m	Kg	千克
長度	s	m	米
時(shí)間	t	s	秒
絕對濕度	T	K	絕對溫度	0℃＝273.16K
濕度（攝氏）	t，θ	℃	攝氏濕度
2、導(dǎo)出單位
半徑	r	m	米
角度	α,β,γ,δ,ε,φ	l	弧度（m/n）
面積、載面積	A,S	m²	平方米
體積	V	m³	立方米
速度	v	ms^-1	米每秒
角速度（轉(zhuǎn)速）	ω	s^-1	弧度每秒
加速度	a	ms^-2	米每秒平方
轉(zhuǎn)動慣量	J	m²Kg
力	F	N	牛頓	=kg·ms^-2
重量	G	N	重力加速度	9.80665ms^-2
功	W	J	焦耳＝牛頓米	=kg·ms²s^-2
勢能（位能）	E,W	J	焦耳
動能	E,W	J	焦耳	0.5mv²
扭矩	M	J	焦耳
功率	P	W	瓦特	J.S^-1
3、與壓縮空氣相關(guān)的單位
壓力	P	Pa	帕斯卡	=N.m^-2
標(biāo)準(zhǔn)體積	Vn	mn³	標(biāo)準(zhǔn)立方米	在q=0℃ P=760mmHg
體積流量	Q	mn³s^-1	標(biāo)準(zhǔn)立方米每秒
能量、功	E,W	N·m	焦耳	Pa.m³=N.m
功率	P	W	瓦特	p.Q=N.m.S^-1=W

為了命名比上述基本單位大或小十次方的單位，出現(xiàn)了許多加在前面的序數(shù)，列表如下。

加在十次方倍數(shù)前面的序數(shù)
次方	序數(shù)名稱	符號	次方	序數(shù)名稱	符號
10^-1	分	d	101	十	da
10^-2	厘	c	102	百	h
10^-3	毫	m	103	千	k
10^-6	微	μ	106	兆	M

非公制單位

下表列出了公制單位和英制單位的換算關(guān)系。

量	公制	英制（e）	係數(shù)m-->e	係數(shù)e-->m
品質(zhì)	Kg	磅	2.205	0.4535
品質(zhì)	g	盎司（英兩）	0.03527	28.3527
長度	m	英尺	3.281	0.3048
	m	碼	1.094	0.914
	mm	英寸	0.03937	25.4
溫度	℃	oF	1.8℃+32	(oF-32)/1.8
面積	m²	平方英尺	10.76	0.0929
面積	cm²	平方英寸	0.155	6.4516
體積	m³	立方碼	1.308	0.7645
	cm³	立方英寸	0.06102	16.388
	dm³	立方英尺	0.03531	28.32
體積流量	mn³/min	scfm	35.31	0.02832
體積流量	dmn³/min(l/min)	scfm	0.03531	28.32
力	N	磅力（bf）	0.2248	4.4484
壓力	bar	磅力/平方英寸（psi）	14.5	0.06895

壓力

必須注意是ISO規(guī)定的壓力，單位是帕斯卡（Pa）.

1Pa=1N/m²(牛頓/米²)

這個(gè)單位非常小，為了避免很大的數(shù)字，用相當(dāng)于100,000Pa的單位為1bar（巴）作為壓力單化，這個(gè)單位在工業(yè)中應(yīng)用更合適些：

100,000Pa＝100KPa＝1bar（巴）

相應(yīng)地也使用老的公制單位kgf/cm²，kP／cm²以滿足實(shí)際需要。

在氣動方面壓力指的是表壓，即高于大氣壓的那部分壓力，通常叫做表壓力（GA）。

壓力也能用絕對壓力（ABS）表示，即相對于絕對真空的壓力。在真空技術(shù)中，也使用低于大氣壓的壓力即其真空度。

圖3.4中，把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1013mbar）作為基推，列出了壓力的各種表示方法。注意標(biāo)準(zhǔn)大氣壓不是1bar，當(dāng)然在常規(guī)的氣動計(jì)算時(shí)，這個(gè)差別也可以忽略。

氣體的特性

波義爾（BOYLBS）定律：

“對于一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，壓力和它的體積成反比”。如果絕對壓力為100kPa（1bar ABS），體積V1=1m³的氣體在溫度不變下，被壓縮體積為V2=0.5m³，那么

P1V1=P2V2P2=P1V1／V2

即P2=l00KPa.1m³／0.5m³=200KPa(2barABS).

又如果體積V1在100KPa下壓縮到V3=0.2m³那么

P3=P1V1／V3=100KPa.1m³／0.2m³=500Pa（5barABS）.

基路沙（GAY LUSSAC）定律：

“壓力不變，氣體體積的增加與溫度成正比。”

即V1／V2=T1／T2和V2=V1T2／T1

或表達(dá)為：在體積不變時(shí)，壓力和溫度成正比：

即　　　

查理（CHARLES）定律：

“在一定壓力下，溫度每升高1，對于一定質(zhì)量的氣體，其體積增加1／273”。

〔在上面公式中，必須使用絕對溫度，即℃十273℃=K〕

前面的關(guān)系式可結(jié)合為理想氣體狀態(tài)方程式：

這個(gè)定律是設(shè)計(jì)和選擇氣動裝置的主要理論基礎(chǔ)之一，當(dāng)溫度有變化時(shí)也就必須考慮。

有時(shí)需要所有空氣的體積的資料用以標(biāo)準(zhǔn)立方米（m³）的標(biāo)準(zhǔn)體積來表示。1標(biāo)準(zhǔn)立方米，溫度為0℃時(shí)，空氣質(zhì)量為1.293kg.

流量

流量（Q）的基本單位是標(biāo)準(zhǔn)立方米每秒（m³/s）。在氣壓傳動中流量實(shí)際表示為升每分鐘（l／min），或標(biāo)準(zhǔn)立方分米每分鐘（dm³／min），表示流量的非公制單位為標(biāo)準(zhǔn)立方英尺每分鐘(scfm)．

伯努利（Bernoulli's）方程：

伯努利方程是這樣描述的。

“水平流動的流體流過管徑不同的管道時(shí)，在點(diǎn)1和點(diǎn)2的總能量相同。

若流速不超過330m／s左右時(shí)，則此方程對氣體也適用。這個(gè)公式應(yīng)用于文丘里管和壓力控制閥中的流量補(bǔ)償。

空氣的濕度

大氣中通常含有一定百分比的水蒸汽。水份的含量取決于大氣的濕度和溫度。

當(dāng)大氣冷卻時(shí)，大氣將達(dá)到某一點(diǎn)，即水份達(dá)到飽和，這一點(diǎn)稱為露點(diǎn)。如果空氣繼續(xù)冷卻，那么它不能保留所有的水份，過量的水份以小液滴的形式凝結(jié)出來形成冷凝水。

水份的實(shí)際數(shù)量完全取決于溫度，1m3壓縮空氣只能包含1m3大氣所能含有的相同量的水蒸汽。

下表列出了從-30℃到+80℃的溫度范圍內(nèi)每立方米大氣所含有水份的克數(shù)，黑體字行為大氣的溫度，細(xì)體字給出了每標(biāo)準(zhǔn)立方米含有水份的量，所有大氣的含量都用標(biāo)準(zhǔn)體積表示，可以不必要計(jì)算。

在氣動適用的范圍內(nèi)，下表給出了確切的資料。上半部表示了O℃以上的溫度情況，下半部表示了0℃以下的溫度情況。在給定的溫度下，上行為標(biāo)準(zhǔn)立方米的含濕量，下行為容積含濕量。

表3.6 飽和空氣的水分（露點(diǎn)）
溫度℃	0	5	10	15	20	25	30	35	40
g/mn³(標(biāo)準(zhǔn))	4.98	6.99	9.86	13.76	18.99	25.94	35.12	47.19	63.03
g/m³(大氣壓)	4.98	6.86	9.51	13.04	17.69	23.76	31.64	41.83	54.108
溫度℃	0	-5	-10	-15	-20	-25	-30	-35	-40
g/mn³(標(biāo)準(zhǔn))	4.98	3.36	2.28	1.52	1	0.64	0.4	0.25	0.15
g/m³(大氣壓)	4.98	3.42	2.37	1.61	1.08	0.7	0.45	0.29	0.18