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华中科技大学 华中科技大学 气压基础知识 第一页，共十三页，2022年，8月28日 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。 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。 但空气的压缩性极大的限制了气压传动传递的功率，一般工作压力较低（0.3～1MPa），总输出力不宜大于10～40kN，且工作速度稳定性较差。 应用非常广泛，尤其是轻工、食品工业、化工 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 气体在管道中的流动特性 气动元件的通流能力 充、放气温度与时间的计算 第二页，共十三页，2022年，8月28日 空气的物理性质 空气的组成 主要成分有氮气、氧气和一定量的水蒸气。 含水蒸气的空气称为湿空气，不含水蒸气的空气称为干空气。 空气的密度 对于干空气ρ=ρo×273 /（273+t）×p / 0.1013 空气的粘度 较液体的粘度小很多，且随温度的升高而升高。 空气的压缩性和膨胀性 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。 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 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 绝对湿度和相对湿度之分。 压缩空气的析水量 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。 第三页，共十三页，2022年，8月28日 理想气体的状态方程 理想气体的状态方程 不计粘性的气体称为理想气体。空气可视为理想气体。 一定质量的理想气体在状态变化的瞬间， 有如下气体状态方程成立 pV / T = 常量 或 p=ρRT 气体状态变化过程 等温过程 p1V1= p2V2= 常量 在等温过程中，无内能变化，加入系统的热量全部变成气体所做的功。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。 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过程叫做绝热过程。 p1V1k = p2V2k =常量 式中k为绝热指数，对空气来说k=1.4。 气动系统中快速充、排气过程可视为绝热过程。 第四页，共十三页，2022年，8月28日 气体的流动规律 气体流动基本方程 连续性方程 ρ1v1A1 =ρ2v2A2 （注意ρ1≠ρ2） 伯努利方程 因气体可以压缩（ ρ ≠常数） ，又因气体流动很快，来不及与周围环境进行热交换，按绝热状态计算，则有 v2/2+ gz + kp /（k-1）ρ＋ghw= 常数 因气体粘度小，不考虑摩擦阻力，则有 v2/2+ gz + kp /（k-1）ρ= 常数 在低速流动时，气体可认为是不可压缩的（ ρ ＝常数），则有 v2/2+ gz + p /ρ= 常数 第五页，共十三页，2022年，8月28日 声速与马赫数 声音引起的波称为“声波”。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。 对理想气体来说，声音在其中传播的相对速度只与气体的温度有关。气体的声速c 是随气体状态参数的变化而变化的。 气流速度与当地声速（c=341m/s）之比称为马赫数 ， Ma＝ v/c Ma 是气体流动的一个重要参数，集中反映了气流的压缩性， Ma愈大，气流密度变化越大。 当v ＜ c，Ma ＜1时，称为亚声速流动； 当v＝c，Ma ＝1时，称为声速流动，也叫临界状态流动； 当v ＞c，Ma ＞1时，称为超声速流动。 第六页，共十三页，2022年，8月28日 当v ≤50m/s 时，不必考虑压缩性。 当v ≈140m/s 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。 气体在管道