壓縮空氣的理論

發布日期：2023-08-12 作者：深圳屹誠點擊：

3、壓縮空(kong)氣的理論

單(dan)位(wei)

對氣壓傳動(dong)實際應用而(er)言(yan)，有必(bi)要(yao)掌握關于空氣的自(zi)然規(gui)律(lv)和通用的物(wu)理量(liang)綱(gang)。
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。

8用於氣動的(de)SI單位制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、與壓(ya)縮(suo)空(kong)氣(qi)相(xiang)關的單位
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(bi)上述(shu)基(ji)本單(dan)位(wei)大或小十(shi)次方的單(dan)位(wei)，出現了許多(duo)加在前面的序(xu)數，列表如下。

加在十(shi)次(ci)方倍數前面的序數
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(biao)列出了公制(zhi)單(dan)位和英制(zhi)單(dan)位的換(huan)算關系。

量	公制	英制（e）	係(xi)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/平方英寸（psi）	14.5	0.06895

壓力(li)

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(zhe)個(ge)單位非(fei)常小，為了避免很大(da)的數字，用相當(dang)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(ying)地也使用老的公制單位kgf/cm²，kP／cm²以(yi)滿足實際需要。

在氣動方面壓(ya)力(li)(li)指(zhi)的是(shi)表壓(ya)，即高于大氣壓(ya)的那(nei)部分壓(ya)力(li)(li)，通常叫做表壓(ya)力(li)(li)（GA）。

壓(ya)力也能用絕對壓(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

波義爾(er)（BOYLBS）定律：

“對于一定質量的氣體，在(zai)溫度不(bu)變的條件(jian)下，壓力和它的體積(ji)成(cheng)反比(bi)”。如果絕(jue)對壓力為100kPa（1bar ABS），體積(ji)V1=1m³的氣體(ti)在溫度不變(bian)下(xia)，被壓縮(suo)體(ti)積為V2=0.5m³，那(nei)么(me)

P1V1=P2V2P2=P1V1／V2

即P2=l00KPa.1m³／0.5m³=200KPa(2barABS).

又(you)如果(guo)體積(ji)V1在100KPa下壓縮到V3=0.2m³那(nei)么

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

基路沙（GAY LUSSAC）定律：

“壓力不變，氣(qi)體(ti)體(ti)積的增加(jia)與溫度成正比。”

即V1／V2=T1／T2和V2=V1T2／T1

或表達為：在體積不(bu)變時，壓力和溫度成正比：

即　　　

查理(li)（CHARLES）定律：

“在一(yi)定(ding)(ding)壓力(li)下，溫度每(mei)升高(gao)1，對于一(yi)定(ding)(ding)質(zhi)量(liang)的氣體，其體積增加1／273”。

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

前面的關系式可結合為理想氣體狀態方(fang)程式：

這個定律是設計和(he)選擇氣動裝(zhuang)置的主(zhu)要理(li)論基礎之一，當溫(wen)度有(you)變化時也就(jiu)必須考(kao)慮。

有時需要所有空氣的體積的資(zi)料用以(yi)標準立方米（m³）的(de)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.

流量

流量（Q）的基本單位是標準立方米每秒（m³/s）。在氣壓傳(chuan)動中(zhong)流(liu)量實(shi)際表示為升每分鐘（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(nu)利(li)（Bernoulli's）方程：

伯努(nu)利方程是這樣描述(shu)的。

“水平流(liu)動的流(liu)體(ti)流(liu)過(guo)管徑不同(tong)的管道(dao)時，在點1和點2的總能量相同(tong)。

若流速不(bu)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(qi)中通常(chang)含有一(yi)定百(bai)分比(bi)的(de)水蒸汽(qi)。水份(fen)的(de)含量(liang)取決(jue)于大氣(qi)的(de)濕度和溫度。

當大氣冷(leng)(leng)卻時，大氣將達(da)到(dao)某一(yi)點，即水份(fen)(fen)達(da)到(dao)飽和，這一(yi)點稱為露點。如(ru)果空(kong)氣繼續冷(leng)(leng)卻，那么它不能保(bao)留所有的(de)水份(fen)(fen)，過量的(de)水份(fen)(fen)以小液滴的(de)形式凝(ning)(ning)結出來形成冷(leng)(leng)凝(ning)(ning)水。

水份的實際數量完全取決于溫度(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(xia)表列(lie)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。

在氣動適用的范(fan)圍內，下表給出了(le)確切(qie)的資料。上半部表示(shi)了(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(biao)3.6 飽和空氣的水分（露(lu)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

除了急劇的惡劣天氣情況外，例(li)如溫度(du)突(tu)然下降，否(fou)則大氣絕(jue)對不會飽和(he)，實際水份(fen)含(han)量和(he)露點(dian)時水份(fen)含(han)量的比值叫做相對濕度(du)，以百分數表示：

例1：溫度為25℃，r.h.65%,1m³大(da)氣中(zhong)含有多少水份？

露點25℃＝24g/ m³·0.65=15.6g/m³

當空氣(qi)被壓縮時(shi)，它能(neng)含有水(shui)份(fen)的容量(liang)(liang)只(zhi)是體積減少后的容量(liang)(liang)，因此(ci)，除了溫(wen)度升(sheng)高之外，水(shui)份(fen)將(jiang)大量(liang)(liang)的凝結出來。

例2：10 m³的大(da)氣，溫(wen)度為(wei)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：130.4g×0.65＝84.9g（a）

壓(ya)縮到6巴時減少后的體積為：