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
量	符號	SI制	名稱	附注
1、基本單位
品質	m	Kg	千克
長度	s	m	米
時間	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
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(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	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(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。

量	公制	英制（e）	係數m-->e	係(xi)數e-->m
品質	Kg	磅	2.205	0.4535
品質	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(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/cm²，kP／cm²以滿足實際需要。

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。

圖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

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(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)。”

即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　　　

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：

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（dm³／min），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。

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