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          壓縮空氣的理論

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          壓縮空氣的理論

          發布日期:2022-08-12 作者:深圳屹誠 點擊:

          3、壓縮空氣的理論




          單位

          對氣壓傳動實際應用而言,有必要掌握關于空氣的自然規律和通用的物理量綱。 
          雖然,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SI單位制8

          符號

          SI制

          名稱

          附注

          1、基本單位

          品質

          m

          Kg

          千克


          長度

          s

          m


          時間

          t

          s


          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


          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



          F

          N

          牛頓

          =kg·ms-2

          重量

          G

          N

          重力加速度

          9.80665ms-2

          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、與壓縮空氣相關的單位

          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


          為了命名比上述基本單位大或小十次方的單位,出現了許多加在前面的序數,列表如下。


          加在十次方倍數前面的序數

          次方

          序數名稱

          符號

          次方

          序數名稱

          符號

          10-1

          d

          101

          da

          10-2

          c

          102

          h

          10-3

          m

          103

          k

          10-6

          μ

          106

          M


          非公制單位

          下表列出了公制單位和英制單位的換算關系。

           


          公制

          英制(e)

          係數m-->e

          係數e-->m

          品質

          Kg

          2.205

          0.4535

          g

          盎司(英兩)

          0.03527

          28.3527

          長度

          m

          英尺

          3.281

          0.3048

          m

          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

          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

          dmn3/min(l/min)

          scfm

          0.03531

          28.32

          N

          磅力(bf)

          0.2248

          4.4484

          壓力

          bar

          磅力/平方英寸(psi)

          14.5

          0.06895

          壓力

          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)

          這個單位非常小,為了避免很大的數字,用相當于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以滿足實際需要。

           

          c_p1_con_03_clip_image002_0000.png

          在氣動方面壓力指的是表壓,即高于大氣壓的那部分壓力,通常叫做表壓力(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。

          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。

           

          氣體的特性

          波義爾(BOYLBS)定律:

          “對于一定質量的氣體,在溫度不變的條件下,壓力和它的體積成反比”。如果絕對壓力為100kPa(1bar ABS),體積V1=1m3的氣體在溫度不變下,被壓縮體積為V2=0.5m3,那么

          P1V1=P2V2P2=P1V1/V2

          P2=l00KPa.1m30.5m3=200KPa(2barABS).

          又如果體積V1在100KPa下壓縮到V3=0.2m3那么

          P3=P1V1/V3=100KPa.1m30.2m3=500Pa(5barABS).

           

          c_ad1_con_02_clip_image09.jpg


          基路沙(GAY LUSSAC)定律:

          “壓力不變,氣體體積的增加與溫度成正比?!?/span>

          V1/V2=T1/T2和V2=V1T2/T1

          或表達為:在體積不變時,壓力和溫度成正比:

          即   c_p1_con_03_clip_image006.gif

          查理(CHARLES)定律:

          “在一定壓力下,溫度每升高1,對于一定質量的氣體,其體積增加1/273”。

           

          〔在上面公式中,必須使用絕對溫度,即℃十273℃=K〕

          前面的關系式可結合為理想氣體狀態方程式:

           

          c_p1_con_03_clip_image008.gif

          這個定律是設計和選擇氣動裝置的主要理論基礎之一,當溫度有變化時也就必須考慮。

          有時需要所有空氣的體積的資料用以標準立方米(m3)的標準體積來表示。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)。在氣壓傳動中流量實際表示為升每分鐘(l/min),或標準立方分米每分鐘(dm3min),表示流量的非公制單位為標準立方英尺每分鐘(scfm).

           

          伯努利(Bernoulli's)方程:

          伯努利方程是這樣描述的。

          “水平流動的流體流過管徑不同的管道時,在點1和點2的總能量相同。

           

          c_p1_con_03_clip_image010.gif

          c_p1_con_03_clip_image012.gif

          若流速不超過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。

           

          空氣的濕度

          大氣中通常含有一定百分比的水蒸汽。水份的含量取決于大氣的濕度和溫度。

          當大氣冷卻時,大氣將達到某一點,即水份達到飽和,這一點稱為露點。如果空氣繼續冷卻,那么它不能保留所有的水份,過量的水份以小液滴的形式凝結出來形成冷凝水。

          水份的實際數量完全取決于溫度,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。

          在氣動適用的范圍內,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。

           

          表3.6 飽和空氣的水分(露點)

          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,例如溫度突然下降,否則大氣絕對不會飽和,實際水份含量和露點時水份含量的比值叫做相對濕度,以百分數表示:

          c_p1_con_03_clip_image002.gif 

          1:溫度為25℃,r.h.65%,1m3大氣中含有多少水份?

          露點25℃=24g/ m3·0.65=15.6g/m3

          當空氣被壓縮時,它能含有水份的容量只是體積減少后的容量,因此,除了溫度升高之外,水份將大量的凝結出來。

          2:10 m3的大氣,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)

          壓縮到6巴時減少后的體積為:

           c_p1_con_03_clip_image004.gif

          由表3.6可知,1.44 m3空氣在25℃時Z大含水量為:

          23.76g·144=34.2g(b)

          從空氣中水分的總量減去壓縮空氣所吸收的,即(a)-(b)84.9-34.2=50.6g,所示將有50.6g水被凝結出來。

          凝結出的水在壓縮空氣輸送前應該除去,以避免對氣動系統中元件產生有害影響。

           

          c_p1_con_03_clip_image007.png


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