液压与气压传动11-1 气压传动基础知识.ppt

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1、第第11章气压传动基础知识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。动形式。空气的物理性质空气的物理性质空气的组成空气的组成 1.主要成分有氮气、氧气和一定量的水蒸气。主要成分有氮气、氧气和一定量的水蒸气。2.含水蒸气的空气称为湿空气，不含水蒸气的空气称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。为干空气。空气的密度空气的密度 单位体积内空气的质量。单位体积内空气的

2、质量。空气的粘度空气的粘度 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。性质。1.较液体的粘度小很多，随温度的升高而升高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物理性质空气的压缩性和膨胀性空气的压缩性和膨胀性 1.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。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。2.空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。空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。湿空气湿空气1.所含水份的程度用湿度和含湿量来表示。湿度的表示方法有所含水份的程度用湿度

3、和含湿量来表示。湿度的表示方法有 绝绝对湿度和相对湿度之分。对湿度和相对湿度之分。压缩空气的析水量压缩空气的析水量1.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。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理想气体的状态方程理想气体的状态方程 1.不计粘性的气体称为理想气体。空气可视为理想气体。不计粘性的气体称为理想气体。空气可视为理想气体。2.一定质量的理想气体在状态变化的瞬间，一定质量的理想气体在状态变化的瞬间，有如下气体状态方有如下气体状态方程成立程成立 pV/T=常量常量 或

4、或 p=RT气体状态变化过程气体状态变化过程 1.等温过程等温过程 p1V1=p2V2=常量常量 2.绝热过程绝热过程 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。过程叫做绝热过程。v p1V1k=p2V2k=常量常量 v气动系统中快速充、排气过程可视为绝热过程。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的流动规律气体流动基本方程气体流动基本方程1.连续性方程连续性方程 1v1A1=2v2A2 （注意注意12）2.伯努利方程伯努利方程 v因气体可以压缩（因气体可以压缩（常数）常数），又因气体流动很快，来不及与周，又

5、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，则有围环境进行热交换，按绝热状态计算，则有 v2/2+gz+kp/（k-1）ghw=常数常数v因气体粘度小，不考虑摩擦阻力，则有因气体粘度小，不考虑摩擦阻力，则有 v2/2+gz+kp/（k-1）=常数常数在低速流动时，气体可认为是不可压缩的（在低速流动时，气体可认为是不可压缩的（常数），则有常数），则有 v2/2+gz+p/=常数常数声速与马赫数声速与马赫数1.声音引起的波称为声音引起的波称为“声波声波”。声波在介质中的传播速度称为声速。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。声音传播过程属绝热过程。2.气流速度与当

6、地声速（气流速度与当地声速（c=341m/s）之比称为马赫数之比称为马赫数，Ma v/c Ma 是气体流动是气体流动的一个重要参数，集中反映了气流的压缩性，的一个重要参数，集中反映了气流的压缩性，Ma愈大，气流密度愈大，气流密度变化越大。变化越大。当当v c，Ma 1时，称为亚声速流动；时，称为亚声速流动；当当vc，Ma 1时，超声速流动。称为声速流动，也叫临界状态流时，超声速流动。称为声速流动，也叫临界状态流动；动；当当v c，Ma 1时，称为超声速流动。时，称为超声速流动。气体在管道中的流动特性气体在管道中的流动特性当当v 50m/s 时，不必考虑压缩性。时，不必考虑压缩性。当当v 140

7、m/s 时，应考虑压缩性。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，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。缩的过程中是可压缩的。气动元件的通流能力气动元件的通流能力 定义定义 气动元件的通流能力，是指单位时间内通过阀、管路等的气气动元件的通流能力，是指单位时间内通过阀、管路等的气体质量。体质量。有效截面积有效截面积1.由于实际流体存在粘性，流速的收缩比节流孔实际面积小，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。此

8、最小截面积称为有效截面积，它代表了节流孔的通流能力。2.有效截面积的简化计算有效截面积的简化计算 v对于阀口或管路对于阀口或管路 S=A 式中式中 为收缩系数，为收缩系数，A 为孔口实际面积。为孔口实际面积。多个元件组合后有效截面积的计算多个元件组合后有效截面积的计算并联元件并联元件 SRSi 串联元件串联元件 1/SR2 1/Si2不可压缩气体通过节流小孔的流量不可压缩气体通过节流小孔的流量1.当气体以较低的速度通过节流小孔时，可以不计其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：压缩性，将其密度视为常数。近似公式：qm=cA 2(p1-p2)1/2式中式

9、中 为空气膨胀修正系数为空气膨胀修正系数；c 为流量系数；为流量系数；A 为节流为节流孔面积。孔面积。充气、放气温度与时间的计算充气、放气温度与时间的计算定积容器充气问题定积容器充气问题1.充气时引起的温度变化充气时引起的温度变化v向容器充气的过程视为绝热过程，容器内压力由向容器充气的过程视为绝热过程，容器内压力由p1升高到升高到p2，容器内温度也由室温容器内温度也由室温T1升高升高到到T2，充气后的温度为充气后的温度为 T2=kTs/1+p1(k-1)/p2 式中式中 Ts为热力学温度，设定为热力学温度，设定Ts=Ti；k为绝热指数。为绝热指数。v但容器内温度下降至室温，其内的气体压力也要但

10、容器内温度下降至室温，其内的气体压力也要下降，下降后的稳定值为下降，下降后的稳定值为 p=p2T1/T2充气过程充气过程 充气时，容器中的压力逐渐上升，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充气过程基本上分为声速和亚声速两个充气阶段。当容亚声速两个充气阶段。当容器中气体压力小于临界压力，器中气体压力小于临界压力，在最小截面处气流的速度都在最小截面处气流的速度都是声速，流向容器的气体流是声速，流向容器的气体流量将保持为常数。量将保持为常数。在容器中压力达到临界压力以在容器中压力达到临界压力以后，管中气流的速度小于声后，管中气流的速度小于声速，流动进入亚声速范围，速，流动进入亚声速范围，随着容器中压力的上升，充随着容器中压力的上升，充气流量将逐渐降低。气流量将逐渐降低。冲气时的压力-时间曲线