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壓縮空氣的理論

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壓縮空氣的理論

發布日期:2023-08-12 作者:深(shen)圳(zhen)屹誠(cheng) 點擊:

3、壓縮(suo)空氣的理論




單位(wei)

對氣壓傳動實際應(ying)用而言(yan),有必要掌握關于空氣的(de)(de)自然規律(lv)和(he)通用的(de)(de)物理(li)量綱。 
雖然(ran),自(zi)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使用英制單位。

 

8用(yong)於氣動的SI單(dan)位制8

符號

SI制

名稱

附注

1、基本單位

品質

m

Kg

千克


長度

s

m


時間

t

s


絕對濕度

T

K

絕對溫度

0℃=273.16K

濕度(攝氏)

t,θ

攝氏濕度


2、導出單位

半徑

r

m


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(轉速)

ω

s-1

弧度每秒


加速度

a

ms-2

米每秒平方


轉動慣量

J

m2Kg



F

N

牛頓

=kg·ms-2

重量

G

N

重力加速度

9.80665ms-2

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(yu)壓(ya)縮空氣相關(guan)的單位(wei)

壓力

P

Pa

帕斯卡

=N.m-2

標準體積

Vn

mn3

標準立方米

在q=0℃ P=760mmHg

體積流量

Q

mn3s-1

標準立方米每秒


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(ming)比上(shang)述基本單位(wei)大或小十次方的單位(wei),出現(xian)了許多加在(zai)前面的序數,列表如下。


加在十次方倍(bei)數前(qian)面的序數

次方

序數名稱

符號

次方

序數名稱

符號

10-1

d

101

da

10-2

c

102

h

10-3

m

103

k

10-6

μ

106

M


非(fei)公制單(dan)位

下表列出了公制單位和(he)英制單位的換算關(guan)系。

 


公制

英制(e)

係數m-->e

係(xi)數e-->m

品質

Kg

2.205

0.4535

g

盎司(英兩)

0.03527

28.3527

長度

m

英尺

3.281

0.3048

m

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

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

dmn3/min(l/min)

scfm

0.03531

28.32

N

磅力(bf)

0.2248

4.4484

壓力

bar

磅力/平方(fang)英寸(psi)

14.5

0.06895

壓力

必須注意是ISO規定的壓力,單位是帕斯卡(Pa).

1Pa=1N/m2(牛頓/米2)

這個(ge)單位非常小,為了避免很大(da)的數字,用相當于100,000Pa的單位為1bar(巴)作為壓力單化,這個單位在工業中應用更合適些:

100,000Pa=100KPa=1bar(巴)

相(xiang)應地也(ye)使用老的公制單(dan)位kgf/cm2kP/cm2以滿足實際需要。

 

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在氣動(dong)方面壓(ya)力(li)指(zhi)的是表(biao)壓(ya),即高于大氣壓(ya)的那部(bu)分壓(ya)力(li),通(tong)常叫做表(biao)壓(ya)力(li)(GA)。

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

3.4中,把標準大氣壓(1013mbar)作為基推,列出了壓力的各種表示方法。注意標準大氣壓不是1bar,當然在常規的氣動計算時,這個差別也可以忽略。

 

氣體(ti)的特性

波義爾(BOYLBS)定律:

“對于一(yi)定質量的氣(qi)體(ti),在溫度(du)不變的條(tiao)件下(xia),壓(ya)力(li)和(he)它的體(ti)積成反(fan)比”。如果絕(jue)對壓(ya)力(li)為100kPa(1bar ABS),體(ti)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

P2=l00KPa.1m30.5m3=200KPa(2barABS).

又如果體積V1在100KPa下壓縮到V3=0.2m3那么

P3=P1V1/V3=100KPa.1m30.2m3=500Pa(5barABS).

 

c_ad1_con_02_clip_image09.jpg


基(ji)路(lu)沙(GAY LUSSAC)定律:

“壓力不變,氣體(ti)體(ti)積的增加與(yu)溫度成正(zheng)比(bi)。”

V1/V2=T1/T2和V2=V1T2/T1

或表達(da)為:在(zai)體積(ji)不變時(shi),壓力(li)和溫度(du)成正比:

即   c_p1_con_03_clip_image006.gif

查理(CHARLES)定律:

“在一(yi)定壓力下,溫度(du)每升高1,對于一(yi)定質量(liang)的氣(qi)體,其(qi)體積增加1/273”。

 

〔在上面(mian)公式中(zhong),必須(xu)使用(yong)絕對溫度,即℃十273℃=K〕

前(qian)面(mian)的關系式可結合為(wei)理(li)想氣體(ti)狀態方程(cheng)式:

 

c_p1_con_03_clip_image008.gif

這個定(ding)律是設計和(he)選擇氣(qi)動(dong)裝置的主要理論基礎之一,當溫度有(you)變化時也就必(bi)須考(kao)慮。

有(you)(you)時需要(yao)所有(you)(you)空(kong)氣的(de)體積的(de)資料用以(yi)標準立方米(m3)的標準體積來表示。1標準立方米,溫度為0℃時,空氣質量為1.293kg.

 

流(liu)量

流量(Q)的基本單位是標準立方米每秒(m3/s)。在氣壓傳動中流(liu)量實(shi)際表示(shi)為升(sheng)每(mei)分(fen)鐘(l/min),或標(biao)準立方分(fen)米(mi)每(mei)分(fen)鐘(dm3min),表示流量的非公制單位為標準立方英尺每分鐘(scfm).

 

伯努(nu)利(Bernoulli's)方程:

伯努利方程是這樣描述的。

“水(shui)平(ping)流(liu)動的(de)流(liu)體流(liu)過管(guan)徑不同的(de)管(guan)道時(shi),在(zai)點1和點2的(de)總(zong)能量相(xiang)同。

 

c_p1_con_03_clip_image010.gif

c_p1_con_03_clip_image012.gif

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

 

空氣的濕度

大氣中通常含(han)有一定百分比的水(shui)蒸(zheng)汽。水(shui)份的含(han)量(liang)取決于大氣的濕(shi)度和溫度。

當大氣(qi)冷卻時,大氣(qi)將達(da)到(dao)某一(yi)點(dian)(dian),即水(shui)份達(da)到(dao)飽和(he),這一(yi)點(dian)(dian)稱(cheng)為(wei)露點(dian)(dian)。如果空氣(qi)繼(ji)續(xu)冷卻,那么它不能保留所有(you)的水(shui)份,過量的水(shui)份以(yi)小液滴的形式凝結出來(lai)形成冷凝水(shui)。

水份的實際數量完全取決于溫度,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(lie)出(chu)了從(cong)-30℃到+80℃的溫度范圍內每立方米大氣所含有水份的克數,黑體字行為大氣的溫度,細體字給出了每標準立方米含有水份的量,所有大氣的含量都用標準體積表示,可以不必要計算。

在氣動適(shi)用(yong)的范圍內,下表給出了(le)(le)確切的資料(liao)。上半(ban)部表示了(le)(le)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,上行為標準立方米的含濕量,下行為容積含濕量。

 

表3.6 飽(bao)和空氣的(de)水分(露點)

溫度℃

0

5

10

15

20

25

30

35

40

g/mn3(標準)

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(標準)

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


相對濕度(du)

除(chu)了(le)急劇的惡劣天氣情況外,例如溫度突(tu)然下降(jiang),否則大氣絕(jue)對不會飽和,實際水(shui)份(fen)含(han)量和露點時水(shui)份(fen)含(han)量的比值叫做相對濕度,以百分數表示:

c_p1_con_03_clip_image002.gif 

1:溫度為25℃,r.h.65%,1m3大(da)氣中含有多少水(shui)份?

露點(dian)25℃=24g/ m3·0.65=15.6g/m3

當空氣(qi)被壓(ya)縮時,它(ta)能含有水份的容量只是體(ti)積(ji)減少后(hou)的容量,因此,除了(le)溫度升(sheng)高之外,水份將大量的凝結出來。

例(li)2:10 m3的大氣,溫度為15℃,相對溫度(r.h.)為65%,被壓縮為6巴表壓力。溫度允許升高到25℃,問將有多少水凝結出來?

查表3.6可知,15℃,10 m3空氣能Z多含有13.04g/m3.10m3=130.4g水,在65%r.h.空氣的含水量為(wei):130.4g×0.65=84.9g(a)

壓縮到6巴時減少后的體積為:

 c_p1_con_03_clip_image004.gif

由(you)表3.6可知,1.44 m3空氣在25℃時Z大含水量為:

23.76g·144=34.2g(b)

從空氣中水(shui)分的(de)總量減去壓縮空氣所吸收的(de),即(a)-(b)84.9-34.2=50.6g,所示將有50.6g水被凝結出來。

凝結出的(de)水在壓縮空氣輸送前應該除(chu)去,以避免對(dui)氣動(dong)系統中元件產生有(you)害影響。

 

c_p1_con_03_clip_image007.png


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