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1、第二篇第二篇 气压传动气压传动第九章第九章 气压传动基础知识气压传动基础知识气压传动（气动技术）：气压传动（气动技术）：以以压缩空气压缩空气为工作介质来传递动力和控制信为工作介质来传递动力和控制信号的系统。号的系统。除了具有与液压传动一样，操作控制方便，除了具有与液压传动一样，操作控制方便，易于实现自动控制、中远程控制、过载保护等优易于实现自动控制、中远程控制、过载保护等优点外，还具有工作介质处理方便，无介质费用、点外，还具有工作介质处理方便，无介质费用、泄漏污染环境、介质变质及补充等优势。泄漏污染环境、介质变质及补充等优势。但空气的压缩性极大的限制了气压传动传但空气的压缩性极大的限制了气压传
2、动传递的功率，一般工作压力较低（递的功率，一般工作压力较低（0.30.31 1MPaMPa），），总输出力不宜大于总输出力不宜大于10104040kNkN，且工作速度稳定，且工作速度稳定性较差。性较差。应用非常广泛，尤其是轻工、食品工业、应用非常广泛，尤其是轻工、食品工业、化工。化工。第一节第一节 空气的物理性质空气的物理性质第二节第二节 气体状态方程气体状态方程第一节第一节 空气的物理性质空气的物理性质一、空气的组成一、空气的组成 主要成分有主要成分有氮气氮气、氧气氧气和其他气体，一般含有一定和其他气体，一般含有一定量的水蒸气。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含水蒸气
3、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。第一节第一节 空气的物理性质空气的物理性质二、气体的二、气体的基本状态参数基本状态参数n气体参数：温度气体参数：温度T、体积、体积V、压力、压力p、热力学能、热力学能、焓、熵；焓、熵；n气体基本状态参数气体基本状态参数：温度温度T、体积、体积V、压力、压力pn空气的两种状态空气的两种状态：基准状态基准状态：温度为：温度为0C，压力为，压力为1.013105Pa的干的干空气状态。空气状态。1.293kg/m1.293kg/m3 3。标准状态标准状态：温度为：温度为20C，相对湿度为，相对湿度为65，压力，压力为为0.1MPa的干空气状态。的
4、干空气状态。1.185kg/m1.185kg/m3 3。三三、空气的、空气的密度密度 单位体积内空气的质量，单位体积内空气的质量，用用表示：表示：对干对干空气有：空气有：式中：式中：m、V 分别为气体的质量和体积；分别为气体的质量和体积；某温度某温度t 与与压力压力p状态下干空气的密度状态下干空气的密度；0 0 基准状态下的气体密度，基准状态下的气体密度，0 0=1.293 kg/m3 p 绝对压力绝对压力 MPa 273+t 绝对温度绝对温度 K四、四、粘性：粘性：空气的粘性：是空气质点相对运动时产空气的粘性：是空气质点相对运动时产生阻力的性质。生阻力的性质。主要受温度变化的影响，且随温度的
5、升主要受温度变化的影响，且随温度的升高而高而增大增大；压力变化的影响可忽略不计。；压力变化的影响可忽略不计。五、湿空气五、湿空气n所含水份的程度用所含水份的程度用湿度湿度和和含湿量含湿量来表示。来表示。n湿度的表示方法有湿度的表示方法有绝对湿度绝对湿度和和相对湿度相对湿度之分。之分。（1 1）绝对湿度绝对湿度每立方米湿空气中所含水蒸汽的质量称为湿空气的每立方米湿空气中所含水蒸汽的质量称为湿空气的绝对湿度，常用绝对湿度，常用表示表示（2 2）饱和绝对湿度：饱和绝对湿度：n每立方米饱和湿空气中所含水蒸汽的质量称为饱和湿每立方米饱和湿空气中所含水蒸汽的质量称为饱和湿空气的绝对湿度空气的绝对湿度此时湿
6、空气中水蒸汽含量达到了最大限度。此时湿空气中水蒸汽含量达到了最大限度。Rs=462.05Nm/（kgK）水蒸气的气体常数）水蒸气的气体常数pb：饱和气体中水蒸气的分压力；：饱和气体中水蒸气的分压力；(3)(3)相对湿度：相对湿度：在同温度和同压力下，绝对湿度和饱和绝对湿度在同温度和同压力下，绝对湿度和饱和绝对湿度之比称为该温度下的相对湿度之比称为该温度下的相对湿度当空气绝对干燥时，当空气绝对干燥时，p ps s=0 =0,则则 =0=0，当空气达到饱和时，当空气达到饱和时，p ps s=p pb b,则则 =100%=100%，湿空气的相对湿度在湿空气的相对湿度在 0 0100%100%间变化
7、。间变化。通常在通常在 =（60607070）%范围内，人体感到舒适。范围内，人体感到舒适。气动技术中规定各种阀的相对湿度不得大于气动技术中规定各种阀的相对湿度不得大于 90%90%（4 4）含湿量含湿量n质量含湿量：每公斤质量的干空气中所混合的水蒸质量含湿量：每公斤质量的干空气中所混合的水蒸汽的质量，用汽的质量，用d d 表示：表示：空气中水蒸汽的含量是随温度而变的。当空气中水蒸汽的含量是随温度而变的。当气温下降气温下降时，时，水蒸汽的含量下降水蒸汽的含量下降；气温升高时含量增加气温升高时含量增加。若要减少进入气动设备中空气的水份，必须降低空气若要减少进入气动设备中空气的水份，必须降低空气的
8、温度。的温度。六、气体体积的易变特性：六、气体体积的易变特性：空气的体积随空气的体积随压力压力变化而变化的性质称为压变化而变化的性质称为压缩性，空气的压缩性约为液压油的缩性，空气的压缩性约为液压油的1万倍；万倍；空气的体积随空气的体积随温度温度变化而变化的性质称为膨变化而变化的性质称为膨胀性，空气的膨胀性约为水的胀性，空气的膨胀性约为水的73倍。倍。当当v 50m/s 时，不必考虑压缩性。时，不必考虑压缩性。当当v 50m/s 时，应考虑压缩性。时，应考虑压缩性。例：压力为例：压力为6 6个基准大气压（表压），温度为个基准大气压（表压），温度为40 40，求，求其密度。其密度。解：由干空气密度
9、计算式解：由干空气密度计算式得：得：第二节第二节 气体状态变化气体状态变化 理想气体理想气体不计粘性的气体不计粘性的气体气体的状态常用一些物理量来描述，这种气体的状态常用一些物理量来描述，这种用于描述气体状态的物理量称为状态参数：用于描述气体状态的物理量称为状态参数：体积体积V V（比体积（比体积）、压力、压力p p、温度温度T T比体积比体积V/mV/m一、理想气体的状态方程：一、理想气体的状态方程：或：或：理想气体处于某一平衡状态时，压力、比体积与理想气体处于某一平衡状态时，压力、比体积与温度三者之间的关系称为状态方程。温度三者之间的关系称为状态方程。式中：式中：p p绝对压力绝对压力 P
10、a Pa V V气体体积气体体积 m m3 3 T T绝对温度绝对温度 K K 比体积比体积 m m3 3/kg /kg R R气体常数气体常数 NmNm/（kgKkgK）干空气：干空气：R Rg g=287.1 =287.1 NmNm/（kgKkgK）湿空气：湿空气：R Rs s=462.05 =462.05 NmNm/（kgKkgK）二、理想气体的状态变化过程二、理想气体的状态变化过程1 1、等容过程：、等容过程：条件：体积不变，此时有条件：体积不变，此时有:p/T=const，p1 1/T1 1=p2 2/T2 2 在体积不变的条件下，气体状态变化时，其压在体积不变的条件下，气体状态变化
11、时，其压力与绝对温度成正比。力与绝对温度成正比。气体对外不作功。但绝对温度随压力增加而增气体对外不作功。但绝对温度随压力增加而增加，提高了气体的内能。加，提高了气体的内能。2 2、等压过程：等压过程：V1/T1=V2/T2 在压力不变的条件下，气体状态变化时，其体在压力不变的条件下，气体状态变化时，其体积与绝对温度成正比。积与绝对温度成正比。此式表明：此式表明：气体吸收或释放热量而发生状态变化。气体吸收或释放热量而发生状态变化。温度上升体积膨胀，温度下降体积缩小。温度上升体积膨胀，温度下降体积缩小。条件：压力不变，压力条件：压力不变，压力 p p=const=const，此时有，此时有:3 3
12、、等温过程：、等温过程：条件：温度不变，温度条件：温度不变，温度T T=const=const，此时有此时有:说明：在温度不变的条件下，气体状态变化时，说明：在温度不变的条件下，气体状态变化时，其压力其压力p 与体积与体积V成反比。成反比。此变化过程温度不变，系统内能无变化，此变化过程温度不变，系统内能无变化，气体与外界的热量交换全部用来作功。气体与外界的热量交换全部用来作功。在气动系统中气缸工作、管道输送空气等均在气动系统中气缸工作、管道输送空气等均可视为等温过程。可视为等温过程。4 4、绝热过程绝热过程当系统与外界无热量交换时，气体的状态变化过程称为当系统与外界无热量交换时，气体的状态变化
13、过程称为绝热变化过程，其状态方程为：绝热变化过程，其状态方程为：干空气：绝热指数干空气：绝热指数k=1.4；饱和蒸气饱和蒸气k=1.3 在此过程中，输入系统的热量等于零，完全没有热在此过程中，输入系统的热量等于零，完全没有热交换。交换。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。5 5、多变过程、多变过程实际过程有可能是上述几个过程的组合。实际过程有可能是上述几个过程的组合。不加任何限制条件的气体的状态变化过程称为多不加任何限制条件的气体的状态变化过程称为多变过程，其状态方程为：变过程，其状态方程为：n 多变指数；多变指数；n=1：等温过程等温过程n=0
14、：等压过程等压过程n=：等容过程等容过程n=k：绝热过程绝热过程严格地讲，气体变化过程大多是多变过程，前面介严格地讲，气体变化过程大多是多变过程，前面介绍的四种变化过程是多变过程的特例，即：绍的四种变化过程是多变过程的特例，即：填空题：填空题：1、不含水蒸气的空气为（、不含水蒸气的空气为（），含水蒸气的空气称为（），含水蒸气的空气称为（），所含水分的程度用（），所含水分的程度用（）和（）和（）来表示。）来表示。2、理想气体是指（、理想气体是指（）。一定质量的理想气体在状态变化）。一定质量的理想气体在状态变化的某一稳定瞬时，其压力、温度、体积应服从（的某一稳定瞬时，其压力、温度、体积应服从（）。一）。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（）。）。3、在气动系统中，气缸工作、管道输送空气等均视为（、在气动系统中，气缸工作、管道输送空气等均视为（）；气动系统的快速充气、排气过程可视为（）；气动系统的快速充气、排气过程可视为（）。）。