張緒兵常州天晟新材料股份有限公司氣動技術-基礎理論1.組成2.性質3.空氣中的水分4.力和壓力

6.氣動元件的流量特性5.氣體的控制規律主要內容：一、空氣的組成實際空氣還含有油粒、灰塵和水蒸汽等雜質，會對氣動系統設備和元件造成損害密度：（1.293kg/m3）空氣是具有質量的，單位體積的空氣中所含有的空氣的質量稱為空氣的密度mV二、空氣的性質P1P2標準狀態和基準狀態可壓縮性氣體的分子間距大，故氣體的體積容易隨壓力發生變化標準狀態(ANR)：溫度20℃，相對濕度65%，壓力0.1MPa基準狀態：溫度0℃，壓力101.3KPa的干空氣的狀態三、空氣中的水分幾個概念水蒸汽分壓力：濕空氣中水蒸汽獨占空氣總容積所具有的壓力。當空氣中的水蒸汽達到飽和時，這時水蒸汽所具有的壓力叫做飽和水蒸汽分壓力。絕對濕度（kg/m3）：每一立方米的濕空氣中所含有的水蒸汽的質量。ρs=水蒸汽的密度，kg/m3Ps=水蒸汽分壓力，PaRs=水蒸汽的氣體常數，462.05J/(kg·K)相對濕度（kg/m3）：一定溫度和壓力下，濕空氣的絕對濕度與飽和濕空氣的濕度之比，也就是實際水分含量和露點（飽和濕空氣）時水分含量之比。表明濕空氣吸收水分的能力。露點：空氣在這個溫度下呈現飽和狀態。即空氣飽和（相對濕度100%），溫度再降低則開始析出水分。飽和絕對濕度（kg/m3）：每立方米濕空氣中所能夠含有的水蒸汽的最大質量。

！空氣中水蒸汽的實際含量完全取決于溫度，1m3的壓縮空氣中只能包含1m3的飽和濕空氣所能含有的水蒸汽質量隨著空氣的壓縮，空氣的體積減小，壓力和溫度升高。壓縮空氣的最大含水量與當達到最終溫度下同樣體積的飽和空氣的含水量相等。看下面這個例子：下面4個立方體分別代表溫度為20℃、體積為1m3的空氣，相對濕度為50%。這就意味著每立方米的空氣中都含有8.7g的水蒸汽，飽和時含有17.4g的水蒸汽。

在溫度不變的情況下將空氣壓縮，將4m3的空氣壓縮成1m3的壓縮空氣，這1m3的壓縮空氣中應該含有4×8.7=34.8g的水蒸汽，但是20℃時1m3的空氣中的最大含水量只有17.4g，因此多余的2×8.7=17.4g的水蒸汽將變成水析出。這樣我們就不難理解壓縮空氣的相對濕度和壓力露點的含義了。壓縮空氣的相對濕度：空氣壓縮后溫度和壓力都上升，在最終溫度、壓力、體積的條件下，壓縮空氣的含水量與該溫度、體積的飽和空氣的含水量之比。壓力露點：空氣壓縮后，最終狀態下析出水分的溫度。壓縮空氣中的水分A壓力壓力表示法表壓力絕對壓力真空度大氣壓P=Pa絕對真空P=0絕對壓力P>PaP<Pa

！表壓力：以大氣壓為基準，高于大氣壓的壓力值，即相對壓力，也即由壓力表讀出的壓力真空度：以大氣壓為基準，低于大氣壓力的壓力值，正值真空壓力：絕對壓力與大氣壓力之差，與真空度大小相同，符號相反壓力是由負載建立的！四、壓力和力溫度▲兆帕（MPa）;▲毫米汞柱（mmHg）；▲毫米水柱（mmH2O）；▲千克力/厘米2（kgf/cm2）；▲巴（bar）;毫巴（mbar）；▲磅力/英寸2（lbf/in2,psi）；▲英寸汞柱（inHg）；▲英寸水柱（inH2O）；▲物理大氣壓（atm）；▲托（Torr）壓力單位（各壓力單位之間的關系）

熱力學溫度T

單位為K

攝氏溫度t

單位為℃

t=T-T0T0=273.15K1013.25mbar大氣壓海平面的壓力和溫度分別是1013.25×103bar絕對壓力and288K(15OC)壓縮空氣在容器的內表面產生了一個力容器內的流體將被壓縮并產生了個壓力表壓力1bar表示每平方厘米上受到10牛頓的力壓力和力在壓力的作用下，氣缸活塞向前伸出，此推力等于壓力×有效作用面積

Thrust=D240PpDmmPbar這里D=氣缸缸徑mmP=壓力bar.用牛頓來表示1bar=100000N/m2

壓力和力作用在氣缸缸桶內部的力相當于氣缸的投影面積×壓力lDF=D

.l.P10這里D=氣缸內徑mml=受壓腔室長度mmP=壓力bar壓力和力壓力和力如果氣缸活塞兩側同時受到壓力作用。氣缸活塞桿將在壓差作用下向右伸出。如果是雙活塞桿氣缸的話，那么氣缸活塞桿將保持在原位。壓力和力平衡式閥芯，壓力作用在任何一個氣口都不會引起閥芯的動作。因為閥芯左右的受力面積都是相等的。P1和P2供氣和排氣壓力。P1P2壓力和力平衡式閥芯，壓力作用在任何一個氣口都不會引起閥芯的動作。因為閥芯左右的受力面積都是相等的。P1和P2供氣和排氣壓力。P1P2各壓力單位之間的關系五、氣體的控制規律氣體的狀態

對于一定質量的氣體來說，壓力、體積、溫度表明了氣體所處的狀態。對于一定質量的氣體，狀態方程可以表示成

如果某一個狀態設為常值，那么我們可以得到如下的狀態方程等溫變化等壓變化等容變化P.V=常量=常量VT=常量PT等溫變化（波義爾定律BOYLES）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在等溫變化的情況下，空氣壓縮與膨脹的過程中，熱量變化是極其緩慢的。0246816024681012VolumeVPressurePbarabsoluteP1.V1=P2.V2=constant1012141416在等溫變化的情況下，空氣壓縮與膨脹的過程中，熱量變化是極其緩慢的。02468160246810121012141416VolumeVPressurePbarabsoluteP1.V1=P2.V2=constant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等溫變化（波義爾定律BOYLES）等壓變化（查理定律CHARLES）對于一定質量的氣體，在壓力不變的條件下，氣體體積的增加和溫度成正比。在沒有摩擦的情況下，氣體的體積會在常壓下變化。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

0oCelsius=273K00.250.50.7512-60-40-200204060VolumeTemperatureCelsius1.251.51.7580100293KV1V2T1(K)T2(K)

=c=等壓變化（查理定律CHARLES）對于一定質量的氣體，在壓力不變的條件下，氣體體積的增加和溫度成正比。在沒有摩擦的情況下，氣體的體積會在常壓下變化。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

0oCelsius=273K00.250.50.7512-60-40-200204060VolumeTemperatureCelsius1.251.51.7580100366.25KV1V2T1(K)T2(K)

=c=對于一定質量的氣體，在體積不變的條件下，氣體的壓力和溫度成正比

20oC時10bar絕對壓力的壓縮空氣在溫度達到60oC時，空氣壓力會增加2.05bar。

0oCelsius=273K等容變化051020-60-40-200204060TemperatureCelsius158010002468bar10121416P1P2T1(K)T2(K)

=c=barabsolute等容變化對于一定質量的氣體，在體積不變的條件下，氣體的壓力和溫度成正比

20oC時10bar絕對壓力的壓縮空氣在溫度達到60oC時，空氣壓力會增加2.05bar。

0oCelsius=273K051020-60-40-200204060TemperatureCelsius158010002468bar10121416P1P2T1(K)T2(K)

=c=barabsolute對于一定質量的氣體，在體積不變的條件下，氣體的壓力和溫度成正比

20oC時10bar絕對壓力的壓縮空氣在溫度達到60oC時，空氣壓力會增加2.05bar。

0oCelsius=273K051020-60-40-200204060TemperatureCelsius158010002468bar10121416P1P2T1(K)T2(K)

=c=barabsolute等容變化對于一定質量的氣體，在體積不變的條件下，氣體的壓力和溫度成正比

20oC時10bar絕對壓力的壓縮空氣在溫度達到60oC時，空氣壓力會增加2.05bar。

0oCelsius=273K0510-60-40-200204060barabsoluteTemperatureCelsius158010002468bar10121416P1P2T1(K)T2(K)

=c=等容變化綜合等壓、等溫、等容變化三個過程，當氣體的三個狀態都發生變化時，那么體積、壓力、溫度之間的關系滿足下列氣體狀態方程。=常量P1.V1T1P2.V2T2=氣體狀態方程理論上，氣體的體積被瞬間壓縮時，這樣一個過程叫做絕熱變化過程。（即，熱量沒有時間通過氣缸缸桶與外界發生熱交換。）2468024681012bara101214141616PV1.4=c絕熱過程PV1.2=c多變過程PV=c等溫變化Volume0絕熱變化對于絕熱壓縮和膨脹過程，有PVn=c

對于空氣n=1.4

另外，如果氣缸的空氣壓縮和膨脹過程很快，但是還是有一部分熱量通過氣缸缸桶與外界發生了熱交換，那么n值可以取到1.3左右或更小的值。實際應用中，氣缸作為吸收震動使用時，那么在壓縮時肯定會有一定的熱量損失。這時氣缸的壓縮特性是介于絕熱變化和等溫變化之間的一種變化。根據壓縮率的不同，指數n將小于絕熱指數值1.4，常使用PV1.2=c

來表示多變過程。多變過程小孔流動閥的流量特性可以由流量系數表示。象：

“C”,“b”,“Cv”,“Kv”。測定氣動元件流量最準確的方法是通過“C”(氣導)and“b”(臨界壓力比)，在ISO6358標準中規定了測定方法。P1P2流通能力Cv值有效截面積S值S≈18Cv又稱水流量，在溫度為15.5℃，流經壓差為1psi(6.89kPa)的閥門測得的流量系數，用來表示氣動元件通流能力的大小，即允許通過流量的大小六、氣動元件的流量特性小孔流動從曲線個可以找到臨界壓力比“b”，“b”

代表空氣流速達到聲速時P2與P1的比值。聲速流臨界壓力比b=0.52800.528100.10.20.30.40.5Flowdm3/sfreeairP2/P1亞聲速流小孔流動亞聲速流動即1<（P1+0.1）/(P2+0.1)<2時q=248S[ΔP