壓縮空氣的理論

發布日期：2023-08-12 作者：深圳屹誠(cheng) 點擊：

3、壓縮空氣的理論

單(dan)位(wei)

對氣壓傳動(dong)實際應(ying)用而言，有(you)必要掌握關(guan)于(yu)空氣的自然(ran)規律和通用的物理量(liang)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使用英制單位。

8用(yong)於氣動的SI單位制(zhi)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、與壓縮空氣相關的單(dan)位
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

為了命名比上述基本單位大或小十次方的(de)單位，出現了許多加(jia)在前(qian)面的(de)序數，列表如下。

加在(zai)十次方倍(bei)數前面的序(xu)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(gong)制單位

下(xia)表列出了公制單位(wei)和英制單位(wei)的(de)換算關系。

量	公制	英制（e）	係(xi)數m-->e	係數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/平方英寸（psi）	14.5	0.06895

壓力

必(bi)須注意是ISO規定的壓力，單位是帕斯卡（Pa）.

1Pa=1N/m²(牛頓/米(mi)²)

這個單位非常(chang)小，為了避(bi)免(mian)很大的數字，用相(xiang)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）

相應地也使用老(lao)的(de)公(gong)制單位kgf/cm²，kP／cm²以滿足實(shi)際需要(yao)。

在氣動(dong)方面壓(ya)力指的是(shi)表壓(ya)，即(ji)高于大(da)氣壓(ya)的那部分壓(ya)力，通常(chang)叫做表壓(ya)力（GA）。

壓(ya)(ya)力也能用絕對壓(ya)(ya)力（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：

“對于一定質量的氣體，在(zai)溫(wen)度不變(bian)的條(tiao)件下，壓(ya)力和它的體積成(cheng)反(fan)比”。如果絕(jue)對壓(ya)力為100kPa（1bar ABS），體積V1=1m³的氣體在(zai)溫度不變下，被壓(ya)縮(suo)體積為V2=0.5m³，那么

P1V1=P2V2P2=P1V1／V2

即(ji)P2=l00KPa.1m³／0.5m³=200KPa(2barABS).

又如果(guo)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(bu)變，氣體體積的(de)增加(jia)與溫度成正比。”

即V1／V2=T1／T2和V2=V1T2／T1

或表達為(wei)：在體積不變時，壓力和溫度成正比(bi)：

即　　　

查理(li)（CHARLES）定律：

“在一(yi)(yi)定壓(ya)力下，溫度每升(sheng)高1，對于一(yi)(yi)定質量的氣體，其體積增加1／273”。

〔在上面(mian)公式中，必(bi)須使用(yong)絕對溫(wen)度，即℃十273℃=K〕

前面的關系式(shi)可(ke)結合為理想氣體狀態方程式(shi)：

這(zhe)個定律是設計和選(xuan)擇氣動(dong)裝置(zhi)的主(zhu)要(yao)理論(lun)基礎之一，當(dang)溫度有變化時(shi)也(ye)就(jiu)必須考慮(lv)。

有(you)時(shi)需要所有(you)空氣的體(ti)積(ji)的資料用以標準立(li)方米（m³）的(de)標準(zhun)體積(ji)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(liu)量（Q）的基本單位是標準立方米每秒（m³/s）。在氣壓傳動中流量實際表示為升(sheng)每分鐘（l／min），或(huo)標準立(li)方分米每分鐘（dm³／min），表示流量的非公制單位為標準立方英尺每分鐘(scfm)．

伯(bo)努利（Bernoulli's）方程：

伯努利方程(cheng)是這樣描(miao)述的。

“水平(ping)流動(dong)的流體流過管徑不(bu)同的管道時，在點1和點2的總能量相同。

若流速(su)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(da)氣中通(tong)常含有一定(ding)百分(fen)比的水(shui)蒸汽。水(shui)份的含量(liang)取決(jue)于大(da)氣的濕度和溫度。

當大(da)氣冷(leng)卻時，大(da)氣將達(da)到某(mou)一點(dian)，即水(shui)(shui)份達(da)到飽(bao)和，這一點(dian)稱(cheng)為露點(dian)。如果空(kong)氣繼(ji)續(xu)冷(leng)卻，那么它不(bu)能(neng)保留所有的水(shui)(shui)份，過(guo)量的水(shui)(shui)份以(yi)小液滴的形(xing)式凝結出來形(xing)成冷(leng)凝水(shui)(shui)。

水(shui)份的實際數量完全(quan)取(qu)決于溫度(du)，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(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(zai)氣動(dong)適用(yong)的范圍內，下表給出了確(que)切(qie)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