氣壓基礎(chǔ)知識(shí)精品課件

1、氣壓基礎(chǔ)知識(shí)第1頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)1分，星期四 氣壓傳動(dòng)是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量的傳遞和控制的一種傳動(dòng)形式。 除了具有與液壓傳動(dòng)一樣，操作控制方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、中遠(yuǎn)程控制、過(guò)載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)外，還具有工作介質(zhì)處理方便，無(wú)介質(zhì)費(fèi)用、泄漏污染環(huán)境、介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充等優(yōu)勢(shì)。 但空氣的壓縮性極大的限制了氣壓傳動(dòng)傳遞的功率，一般工作壓力較低（0.31MPa），總輸出力不宜大于1040kN，且工作速度穩(wěn)定性較差。 應(yīng)用非常廣泛，尤其是輕工、食品工業(yè)、化工氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)空氣的物理性質(zhì)理想氣體的狀態(tài)方程氣體的流動(dòng)規(guī)律氣體在管道中的流動(dòng)特性氣動(dòng)元件的通流能力充、放氣溫度與時(shí)間的

2、計(jì)算第2頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)1分，星期四空氣的物理性質(zhì)空氣的組成 主要成分有氮?dú)狻⒀鯕夂鸵欢康乃魵?。含水蒸氣的空氣稱(chēng)為濕空氣，不含水蒸氣的空氣稱(chēng)為干空氣?？諝獾拿芏?對(duì)于干空氣=o273 /（273+t）p / 0.1013空氣的粘度較液體的粘度小很多，且隨溫度的升高而升高?？諝獾膲嚎s性和膨脹性 體積隨壓力和溫度而變化的性質(zhì)分別表征為壓縮性和膨脹性。空氣的壓縮性和膨脹性遠(yuǎn)大于固體和液體的壓縮性和膨脹性。濕空氣所含水份的程度用濕度和含濕量來(lái)表示。濕度的表示方法有 絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度之分。壓縮空氣的析水量壓縮空氣一旦冷卻下來(lái)，相對(duì)濕度將大大增加，到溫度降到露點(diǎn)以后，水蒸氣

3、就要凝析出來(lái)。第3頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)1分，星期四理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體的狀態(tài)方程 不計(jì)粘性的氣體稱(chēng)為理想氣體?？諝饪梢暈槔硐霘怏w。一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)變化的瞬間， 有如下氣體狀態(tài)方程成立 pV / T = 常量 或 p=RT氣體狀態(tài)變化過(guò)程 等溫過(guò)程 p1V1= p2V2= 常量 在等溫過(guò)程中，無(wú)內(nèi)能變化，加入系統(tǒng)的熱量全部變成氣體所做的功。在氣動(dòng)系統(tǒng)中氣缸工作、管道輸送空氣等均可視為等溫過(guò)程。絕熱過(guò)程 一定質(zhì)量的氣體和外界沒(méi)有熱量交換時(shí)的狀態(tài)變化過(guò)程叫做絕熱過(guò)程。 p1V1k = p2V2k =常量 式中k為絕熱指數(shù)，對(duì)空氣來(lái)說(shuō)k=1.4。氣動(dòng)系統(tǒng)中快速充、排

4、氣過(guò)程可視為絕熱過(guò)程。第4頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)1分，星期四氣體的流動(dòng)規(guī)律氣體流動(dòng)基本方程連續(xù)性方程 1v1A1 =2v2A2 （注意12）伯努利方程 因氣體可以壓縮（ 常數(shù)） ，又因氣體流動(dòng)很快，來(lái)不及與周?chē)h(huán)境進(jìn)行熱交換，按絕熱狀態(tài)計(jì)算，則有 v2/2+ gz + kp /（k-1）ghw= 常數(shù)因氣體粘度小，不考慮摩擦阻力，則有 v2/2+ gz + kp /（k-1）= 常數(shù)在低速流動(dòng)時(shí)，氣體可認(rèn)為是不可壓縮的（ 常數(shù)），則有 v2/2+ gz + p /= 常數(shù)第5頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)1分，星期四 聲速與馬赫數(shù)聲音引起的波稱(chēng)為“聲波”。聲波在

5、介質(zhì)中的傳播速度稱(chēng)為聲速。聲音傳播過(guò)程屬絕熱過(guò)程。 對(duì)理想氣體來(lái)說(shuō)，聲音在其中傳播的相對(duì)速度只與氣體的溫度有關(guān)。氣體的聲速c 是隨氣體狀態(tài)參數(shù)的變化而變化的。氣流速度與當(dāng)?shù)芈曀伲╟=341m/s）之比稱(chēng)為馬赫數(shù) ， Ma v/c Ma 是氣體流動(dòng)的一個(gè)重要參數(shù)，集中反映了氣流的壓縮性， Ma愈大，氣流密度變化越大。 當(dāng)v c，Ma 1時(shí)，稱(chēng)為亞聲速流動(dòng)； 當(dāng)vc，Ma 1時(shí)，稱(chēng)為聲速流動(dòng)，也叫臨界狀態(tài)流動(dòng)； 當(dāng)v c，Ma 1時(shí)，稱(chēng)為超聲速流動(dòng)。第6頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)1分，星期四當(dāng)v 50m/s 時(shí)，不必考慮壓縮性。當(dāng)v 140m/s 時(shí)，應(yīng)考慮壓縮性。在氣動(dòng)裝置中，氣

6、體流動(dòng)速度較低，且經(jīng)過(guò)壓縮，可以認(rèn)為不可壓縮；自由氣體經(jīng)空壓機(jī)壓縮的過(guò)程中是可壓縮的。 氣體在管道中的流動(dòng)特性v1v2v1v2v2v1v2v1 v1v2v1v2v2v1 在超聲速流動(dòng)時(shí) (Ma1) 在亞聲速流動(dòng)時(shí) (Ma1)第7頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)1分，星期四氣動(dòng)元件的通流能力 氣動(dòng)元件的通流能力，是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)閥、管路等的氣體質(zhì)量。目前通流能力可以采用有效截面積S 和質(zhì)量流量q 表示。有效截面積由于實(shí)際流體存在粘性，流速的收縮比節(jié)流孔實(shí)際面積小，此最小截面積稱(chēng)為有效截面積，它代表了節(jié)流孔的通流能力。有效截面積的簡(jiǎn)化計(jì)算 對(duì)于閥口或管路 S =A式中 為收縮系數(shù)，由相

7、關(guān)圖查出；A 為孔口實(shí)際面積。多個(gè)元件組合后有效截面積的計(jì)算并聯(lián)元件 SRSi串聯(lián)元件 1/SR2 1/Si2第8頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)1分，星期四 不可壓縮氣體通過(guò)節(jié)流小孔的流量當(dāng)氣體以較低的速度通過(guò)節(jié)流小孔時(shí)，可以不計(jì)其壓縮性，將其密度視為常數(shù)，由伯努利方程和連續(xù)性方程聯(lián)立推導(dǎo)的流量公式與液壓傳動(dòng)的小孔流量公式有相同的表達(dá)形式工程中常采用近似公式： qm=cA 2(p1-p2)1/2式中 為空氣膨脹修正系數(shù)；c 為流量系數(shù)；A 為節(jié)流孔面積?？蓧嚎s氣體通過(guò)節(jié)流小孔（氣流達(dá)到聲速）的流量 氣流在不同流速時(shí)應(yīng)采用有效截面積的流量計(jì)算公式。第9頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月2

8、0日，8點(diǎn)1分，星期四充氣、放氣溫度與時(shí)間的計(jì)算 在氣動(dòng)系統(tǒng)中向氣罐、氣缸、管路及其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)充氣，或由它們向外排氣所需的時(shí)間及溫度變化是正確利用氣動(dòng)技術(shù)的重要問(wèn)題。向定積容器充氣問(wèn)題充氣時(shí)引起的溫度變化向容器充氣的過(guò)程視為絕熱過(guò)程，容器內(nèi)壓力由p1升高到p2，容器內(nèi)溫度也由室溫T1升高到T2，充氣后的溫度為 T2=kTs/1+p1(k-1)/p2 式中 Ts為熱力學(xué)溫度，設(shè)定Ts=Ti ； k為絕熱指數(shù)。但容器內(nèi)溫度下降至室溫，其內(nèi)的氣體壓力也要下降，下降后的穩(wěn)定值為 p=p2T1/T2第10頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)1分，星期四 充氣時(shí)間 容器內(nèi)壓力由p1充氣到p2所需總時(shí)

9、間 t t1+t2 (1.285p1p2) 5.217103（V /kS）(273/Ts)1/2 充氣時(shí)，容器中的壓力逐漸上升，充氣過(guò)程基本上分為聲速和亞聲速兩個(gè)充氣階段。當(dāng)容器中氣體壓力小于臨界壓力，在最小截面處氣流的速度都是聲速，流向容器的氣體流量將保持為常數(shù)。 在容器中壓力達(dá)到臨界壓力以后，管中氣流的速度小于聲速，流動(dòng)進(jìn)入亞聲速范圍，隨著容器中壓力的上升，充氣流量將逐漸降低。第11頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)1分，星期四 容器的放氣 絕熱放氣時(shí)容器中的溫度變化 容器內(nèi)空氣的初始溫度為T(mén)1，壓力為p1，經(jīng)絕熱放氣后溫度降低到T2 ，壓力降低到p2 ，則放氣后溫度為 T2=T1(p2/p1)（k-1）/k 但容器停止放氣，容器內(nèi)溫度上升到室溫，其內(nèi)的壓力也上升至 p p=p2T1/T2第12頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)1分，星期四放氣時(shí)間 與充氣過(guò)程一樣，放氣過(guò)程也分為聲速和亞聲速兩個(gè)階段。容器由壓力p1 將到大氣壓力pa 所需絕熱放氣時(shí)間為T(mén)