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第二章空气的热力学性质

第一节空气的物理性质

在气压传动与控制系统中’工作介质是压缩空气’故需对空气的物理性质作必要的介绍。

1.空气的组成

在地球表面存在一个大气层。大气层的重量压在海平面上,在单位面积上所受的力称为 "大气压力"。把高于大气压力的压力称为"空气压"。

自然界的空气是由若干种气体混合而成的,表2-1列出了地表附近空气的组成。在城 市和工厂区,由于烟雾及汽车排气,大气中还含有二氧化硫、亚硝酸、碳氢化合物等。空气 里含有少量水蒸气。含有水蒸气的空气称为湿空气,完全不含水蒸气的空气叫干空气。

表2-1空气的组成


 

2.空气的基本状态参数

(1)密度P和质量体积

单位体积内所含气体的质量称为密度,用P表示,单位为kg/m3。

密度的倒数称为质量体积,用表示,v = l/p。它表示单位质量的气体所占有的体积, 单位为m3/kg。

(2)压力P

压力是由于气体分子热运动而互相碰撞,在容器的单位面积上产生的力的统计平均值, 用P表示。

压力的法定计量单位是Pa,较大的压力单位用kPa (lkPa = l x103Pa)或MPa (1MPa = 1xl06Pa)。Pa和各种压力单位的换算见表2-2。

压力可用绝对压力、表压力和真空度等来度量。

 

绝对压力:以绝对真空作为起点的压力值。一般需在表示绝对压力的符号的右下角标注 "ABS",即PABS。

表压力:高出当地大气压的压力值。在当地大气环境下,由压力表测得的压力值即为表 压力。表示表压力的符号,一般不作标注,必要时可在其右下角标注"e",即Pe。

真空度:低于当地大气压力的压力值。




真空压力:绝对压力与大气压力之差。真空压 力在数值上与真空度相同,但应在其数值前加负号。

绝对压力、表压力和真空度的相互关系如图 2-1所示。

在工程计算中,常将当地大气压力用标准大气 压力代替,即令= 101325Pa。

(3)温変T

温度表示气体分子热运动动能的统计平均值,有热力学温度、摄氏温度等。

热力学温度用符号T表示,其单位名称为开[尔文],单位符号为K。

摄氏温度用符号t表示,其单位名称为摄氏度,单位符号为℃。摄氏温度与热力学温度

的关系为:t/℃ = T/K-273.15。华氏温度用符号表θ示,其单位名称为华氏度,单位符号

为℉。华氏温度和摄氏温度的关系为

3.压缩性

一定质量的静止气体,由于压力改变而导致气体所占容积发生变化的现象,称为气体的 压缩性。由于气体比液体容易压缩,故液体常被当作不可压缩流体,而气体常被称为可压缩 流体。气体容易压缩,有利于气体的It存,但难以实现气缸的平稳运动和低速运动。

4.粘性

流体的粘性是指流体具有抗拒流动的性质。实际气体都具有粘性,由于气体具有粘性, 才导致在它流动时的能量损失。

流体的粘性用动力粘度μ来表示,其法定计量单位是Pa . S。空气的动力粘度μ与温度 t的关系见表2-3。由表可见,温度对空气粘度的影响不大。气体比液体的动力粘度小得 多。譬如20℃时,空气的μ = 18. 1 xl0-6Pa . S,而某液压油的μ= 5 x 10-2pa . s。因此, 在管道内流动速度相同的条件下,液压油的流动损失比空气的流动损失大得多。流体的粘性 也可用运动粘度来表示,其法定计量单位为mm2/s。国外产品说明书常用厘斯(cSt), IcSt = 10-6mm2/ S。

没有粘性的气体称为理想气体(ideal gas)。在自然界中,理想气体是不存在的。当气 体的粘性较小,沿气体流动方向的法线方向的速度变化也不大时,由于粘性产生的粘性力与 流体所受的其他作用力(如压差力)相比可以忽略,这时的气体便可当作理想气体。由于忽略了粘性的作用’使解题大为简化,并可得到基本正确的结果。必要时粘性力的作用,可 对计算结果作必要的修正来解决。故研究理想气体的流动’具有重要的实用价值。

5.标准状态和基准状态



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