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(cheng) 點擊：

3、壓縮(suo)空氣的理論

單(dan)位

對氣壓傳(chuan)動(dong)實際(ji)應用而言，有必(bi)要掌握關于空氣的自然規(gui)律和通用的物理(li)量綱(gang)。
雖然(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(bi)須注意是ISO規定的壓力，單位是帕斯卡（Pa）.

1Pa=1N/m²(牛(niu)頓(dun)/米²)

這個單位非常小，為了避免很(hen)大的(de)數(shu)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）

相應地也使用老的公制單位kgf/cm²，kP／cm²以(yi)滿足實際需要。

在氣動方(fang)面(mian)壓(ya)(ya)(ya)力指的(de)是表(biao)壓(ya)(ya)(ya)，即高于大氣壓(ya)(ya)(ya)的(de)那部分(fen)壓(ya)(ya)(ya)力，通常叫做表(biao)壓(ya)(ya)(ya)力（GA）。

壓力也能用絕對壓力（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(qi)體的特性

波義爾（BOYLBS）定律：

“對于(yu)一定質量的(de)氣體，在溫度不變的(de)條(tiao)件下(xia)，壓(ya)力和它(ta)的(de)體積成反(fan)比”。如果絕對壓(ya)力為(wei)100kPa（1bar ABS），體積V1=1m³的氣體(ti)在溫度不(bu)變下，被(bei)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）.

查理（CHARLES）定律：

“在一定壓力下，溫度每升(sheng)高1，對于一定質量的氣體，其體積(ji)增加1／273”。

基(ji)路沙（GAY LUSSAC）定律：

“壓(ya)力(li)不變，氣(qi)體(ti)體(ti)積的增加與溫度成正(zheng)比。”

即V1／V2=T1／T2和V2=V1T2／T1

或(huo)表達為：在(zai)體(ti)積不變(bian)時，壓力(li)和(he)溫度成正比：

即：

〔在上(shang)面(mian)公式中(zhong)，必(bi)須使(shi)用(yong)絕(jue)對溫度，即℃十273℃=K〕

前面的關(guan)系式可結合(he)為理(li)想氣體狀(zhuang)態方程式：

這個(ge)定(ding)律是(shi)設(she)計和選擇氣動裝置(zhi)的主要理論基礎(chu)之一，當溫度(du)有變化(hua)時也就必須考慮。

有(you)時需要所有(you)空(kong)氣的(de)體(ti)積(ji)的(de)資料用以標準立(li)方米（m³）的標準體(ti)積(ji)來表(biao)示(shi)。1標準立方米，溫度為0℃時，空氣質量為1.293kg.

流量

流(liu)量(liang)（Q）的基本單位是標準立方米每秒（m³/s）。在氣壓傳動(dong)中(zhong)流量實際表示為升(sheng)每(mei)分(fen)鐘（l／min），或標準立方(fang)分(fen)米每(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(bo)努利（Bernoulli's）方程：

伯努利(li)方程是這樣描述的(de)。

“水平流動的(de)流體流過管徑不同(tong)的(de)管道時，在點(dian)1和點(dian)2的(de)總能量相(xiang)同(tong)。

若(ruo)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(shi)度

大氣中通常含有(you)一(yi)定百分比的水(shui)蒸汽(qi)。水(shui)份的含量(liang)取決于大氣的濕度和溫(wen)度。

當大氣(qi)冷卻時，大氣(qi)將達到某(mou)一點，即(ji)水(shui)(shui)份達到飽和，這一點稱(cheng)為露點。如果空(kong)氣(qi)繼續冷卻，那么它(ta)不能保留所有的水(shui)(shui)份，過(guo)量的水(shui)(shui)份以小液(ye)滴(di)的形式(shi)凝結出來形成(cheng)冷凝水(shui)(shui)。

水份的實際數量完全取決(jue)于(yu)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(xia)表列出了從-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(zai)氣動適用的范圍(wei)內，下表給出了確切的資料。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。

相對(dui)濕(shi)度

除了急劇的惡劣天氣(qi)情況外(wai)，例如溫度(du)突然下降(jiang)，否則(ze)大氣(qi)絕對不會飽(bao)和(he)，實際(ji)水份含量和(he)露點時水份含量的比值叫做相對濕(shi)度(du)，以(yi)百分數表示：

例(li)1：溫度為25℃，r.h.65%,1m³大氣中含有多少(shao)水(shui)份？

露點25℃＝24g/ m³·0.65=15.6g/m³

當(dang)空(kong)氣被(bei)壓縮時，它能含(han)有(you)水份(fen)的容(rong)量(liang)只是體積(ji)減少后的容(rong)量(liang)，因此(ci)，除(chu)了溫(wen)度升高(gao)之外(wai)，水份(fen)將大量(liang)的凝結出(chu)來。

例(li)2：10 m³的大氣(qi)，溫度為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(kong)氣能最多含有13.04g/m³.10m³=130.4g水，在(zai)65%r.h.空(kong)氣的含水量(liang)為(wei)：130.4g×0.65＝84.9g（a）

壓縮到6巴時減少后的體積為：