氣動原理技術課程-壓縮空氣的理論

發布日期：2023-12-27 作者：屹誠點擊：

3、壓縮空(kong)氣的理(li)論

單(dan)位(wei)

對氣壓(ya)傳動(dong)實際(ji)應用而言(yan)，有必要(yao)掌握關于空氣的自然規律和通用的物理量綱。
雖(sui)然(ran)，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。

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(mi)²)

這個單位非(fei)常小，為了避免很大的數字，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(di)也使用老的公制單位kgf/cm²，kP／cm²以滿足實際需要。

在氣動(dong)方面壓(ya)(ya)力指的(de)是表(biao)壓(ya)(ya)，即(ji)高于大氣壓(ya)(ya)的(de)那(nei)部分壓(ya)(ya)力，通常叫做表(biao)壓(ya)(ya)力（GA）。

壓(ya)力也(ye)能用絕對壓(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。

氣體的特(te)性(xing)

波(bo)義爾(er)（BOYLBS）定律：

“對(dui)于(yu)一定質量的(de)(de)氣體(ti)(ti)，在溫(wen)度不變的(de)(de)條(tiao)件下，壓(ya)力和它的(de)(de)體(ti)(ti)積(ji)成反比”。如果絕對(dui)壓(ya)力為100kPa（1bar ABS），體(ti)(ti)積(ji)V1=1m³的氣體(ti)(ti)在(zai)溫度不變下，被壓縮體(ti)(ti)積為V2=0.5m³，那么(me)

P1V1=P2V2P2=P1V1／V2

即P2=l00KPa.1m³／0.5m³=200KPa(2barABS).

又如果體(ti)積V1在100KPa下壓縮到V3=0.2m³那么

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

查理（CHARLES）定律：

“在一(yi)定壓力(li)下，溫度每(mei)升高1，對于一(yi)定質量的氣體(ti)，其體(ti)積增加1／273”。

基路沙（GAY LUSSAC）定律：

“壓力不變，氣體體積的增加(jia)與溫度成正比。”

即V1／V2=T1／T2和V2=V1T2／T1

或表達為：在體(ti)積不變時，壓力和(he)溫(wen)度(du)成(cheng)正比：

即：

〔在(zai)上面公(gong)式中，必(bi)須使用絕對溫度(du)，即℃十273℃=K〕

前(qian)面的關系(xi)式可結(jie)合為理(li)想氣(qi)體狀態(tai)方程式：

這個定律是設(she)計和(he)選擇氣動裝置(zhi)的主(zhu)要理論基礎之一，當溫度有變化時也就(jiu)必須考慮。

有(you)時需要所(suo)有(you)空氣的體積的資料(liao)用以(yi)標準立方米（m³）的標(biao)準體積來(lai)表示。1標準立方米，溫度為0℃時，空氣質量為1.293kg.

流量

流量(liang)（Q）的基本單位是標準立方米每秒（m³/s）。在氣(qi)壓(ya)傳動中流量(liang)實(shi)際表示為升(sheng)每分鐘（l／min），或標準立方分米每分鐘（dm³／min），表示流量的非公制單位為標準立方英尺每分鐘(scfm)．

伯努利（Bernoulli's）方程：

伯努(nu)利方程是這樣描述的(de)。

“水平(ping)流(liu)(liu)動的(de)流(liu)(liu)體流(liu)(liu)過管徑不(bu)同的(de)管道(dao)時，在點(dian)1和點(dian)2的(de)總能(neng)量(liang)相同。

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

大氣中通常含有一(yi)定百分比的水(shui)蒸汽(qi)。水(shui)份的含量取決(jue)于(yu)大氣的濕度和溫(wen)度。

當(dang)大氣(qi)冷(leng)(leng)卻時，大氣(qi)將達到(dao)某一(yi)點(dian)，即水(shui)份達到(dao)飽和(he)，這一(yi)點(dian)稱為露點(dian)。如果空氣(qi)繼續冷(leng)(leng)卻，那么它(ta)不能保(bao)留(liu)所有的(de)水(shui)份，過量的(de)水(shui)份以(yi)小液滴的(de)形式凝(ning)結出來形成冷(leng)(leng)凝(ning)水(shui)。

水份(fen)的實際數(shu)量完(wan)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(biao)列出了從-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)用的范圍內，下表給出(chu)了確切的資料(liao)。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。

相對濕(shi)度

除了急(ji)劇的惡劣天氣情況外(wai)，例如溫(wen)度突然下降(jiang)，否則(ze)大氣絕對(dui)不(bu)會飽和，實(shi)際水份含(han)量(liang)和露點時水份含(han)量(liang)的比值(zhi)叫(jiao)做相對(dui)濕度，以百(bai)分(fen)數(shu)表(biao)示：