液压与气压传动11-1 气压传动基础知识

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1、第11章气压传动基础知识空气的物理性质理想气体的状态方程气体的流动规律气动元件的流通能力充气、放气温度与时间的计算空气的物理性质气压传动是以压缩空气作为工作介质进行能量的传递和控制的一种传动形式。空气的物理性质空气的组成主要成分有氮气、氧气和一定量的水蒸气。含水蒸气的空气称为湿空气，不含水蒸气的空气称为干空气。空气的密度单位体积内空气的质量。空气的粘度气体在流动过程中，空气质点之间相对运动产生阻力的性质。较液体的粘度小很多，随温度的升高而升高。空气的物理性质空气的压缩性和膨胀性体积随压力和温度而变化的性质分别表征为压缩性和膨胀性。空

2、气的压缩性和膨胀性远大于固体和液体的压缩性和膨胀性。湿空气所含水份的程度用湿度和含湿量来表示。湿度的表示方法有绝对湿度和相对湿度之分。压缩空气的析水量压缩空气一旦冷却下来，相对湿度将大大增加，到温度降到露点以后，水蒸气就要凝析出来。理想气体的状态方程理想气体的状态方程不计粘性的气体称为理想气体。空气可视为理想气体。一定质量的理想气体在状态变化的瞬间，有如下气体状态方程成立pV/T=常量或p=ρRT气体状态变化过程等温过程p1V1=p2V2=常量绝热过程一定质量的气体和外界没有热量交换时的状态变化过程叫做绝热过程。p1V1k=p2V2

3、k=常量气动系统中快速充、排气过程可视为绝热过程。气体的流动规律气体流动基本方程连续性方程ρ1v1A1=ρ2v2A2（注意ρ1≠ρ2）伯努利方程因气体可以压缩（ρ≠常数），又因气体流动很快，来不及与周围环境进行热交换，按绝热状态计算，则有v2/2+gz+kp/（k-1）ρ＋ghw=常数因气体粘度小，不考虑摩擦阻力，则有v2/2+gz+kp/（k-1）ρ=常数在低速流动时，气体可认为是不可压缩的（ρ＝常数），则有v2/2+gz+p/ρ=常数声速与马赫数声音引起的波称为“声波”。声波在介质中的传播速度称为声速。声音传播过程属绝热过程。气

4、流速度与当地声速（c=341m/s）之比称为马赫数，Ma＝v/cMa是气体流动的一个重要参数，集中反映了气流的压缩性，Ma愈大，气流密度变化越大。当v＜c，Ma＜1时，称为亚声速流动；当v＝c，Ma＝1时，超声速流动。称为声速流动，也叫临界状态流动；当v＞c，Ma＞1时，称为超声速流动。气体在管道中的流动特性当v≤50m/s时，不必考虑压缩性。当v≈140m/s时，应考虑压缩性。在气动装置中，气体流动速度较低，且经过压缩，可以认为不可压缩；自由气体经空压机压缩的过程中是可压缩的。气动元件的通流能力定义气动元件的通流能力，是指单位时间

5、内通过阀、管路等的气体质量。有效截面积由于实际流体存在粘性，流速的收缩比节流孔实际面积小，此最小截面积称为有效截面积，它代表了节流孔的通流能力。有效截面积的简化计算对于阀口或管路S=αA式中α为收缩系数，A为孔口实际面积。多个元件组合后有效截面积的计算并联元件SR＝∑Si串联元件1/SR2＝∑1/Si2不可压缩气体通过节流小孔的流量当气体以较低的速度通过节流小孔时，可以不计其压缩性，将其密度视为常数。近似公式：qm=εcA[2ρ(p1-p2)]1/2式中ε为空气膨胀修正系数；c为流量系数；A为节流孔面积。充气、放气温度与时间的计算定

6、积容器充气问题充气时引起的温度变化向容器充气的过程视为绝热过程，容器内压力由p1升高到p2，，容器内温度也由室温T1升高到T2，充气后的温度为T2=kTs/［1+p1(k-1)/p2］式中Ts为热力学温度，设定Ts=Ti；k为绝热指数。但容器内温度下降至室温，其内的气体压力也要下降，下降后的稳定值为p=p2T1/T2充气过程充气时，容器中的压力逐渐上升，充气过程基本上分为声速和亚声速两个充气阶段。当容器中气体压力小于临界压力，在最小截面处气流的速度都是声速，流向容器的气体流量将保持为常数。在容器中压力达到临界压力以后，管中气流的速度

7、小于声速，流动进入亚声速范围，随着容器中压力的上升，充气流量将逐渐降低。冲气时的压力----时间曲线