等壓過(guò)程等等

1、 等壓過(guò)程一定質(zhì)量的氣體，在壓力保持不變時(shí)，從某一狀態(tài)變化到另一狀態(tài)的過(guò)程，稱等壓過(guò)程。如圖11-1所示，設(shè)氣體從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2,在此過(guò)程中壓力=常數(shù)。由式(11-12)可得T'T.p常數(shù)(11—13)式(11-13)說(shuō)明：壓力不變時(shí),比容與絕對(duì)溫度成正比關(guān)系,氣體吸收或釋放熱量而發(fā)生狀態(tài)變化。單位質(zhì)量的氣體所得到的熱量為Q=C?(T2-Tl)式中，為定壓比熱匕對(duì)空氣"5恥左此過(guò)程中,單位質(zhì)量氣體膨脹所作功為11—14)2、 等容過(guò)程又稱“定容過(guò)程[1]”，是體積不變的熱力學(xué)過(guò)程。即物質(zhì)系統(tǒng)的體積保持不變的情況下所發(fā)生的各種物理或化學(xué)過(guò)程，其特點(diǎn)是體積V=恒量。由于在等容過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外界不作功，所以，當(dāng)系統(tǒng)的溫度升高時(shí)，將從外界吸收熱量Q,并全部轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨韮?nèi)能的增加。對(duì)一定質(zhì)量理想氣體等容過(guò)程的特征是壓強(qiáng)和絕對(duì)溫度按正比的變化。一定質(zhì)量的氣體，在容積保持不變時(shí)，從某一狀態(tài)變化到另一狀態(tài)的過(guò)程，稱為等容過(guò)程。如圖11-2所示，設(shè)氣體從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2,在此過(guò)程中，比容=常數(shù)。由式(11-12)可得巴亠仝=T\Tr卞常數(shù)(11-15)式(11-15)說(shuō)明：容積不變時(shí)，壓力與絕對(duì)溫度成正比關(guān)系。警容過(guò)提比祐在等容變化過(guò)程時(shí)，氣體對(duì)外作功為W=fypdv巴亠仝=T\Tr卞常數(shù)(11-15)式(11-15)說(shuō)明：容積不變時(shí)，壓力與絕對(duì)溫度成正比關(guān)系。警容過(guò)提比祐在等容變化過(guò)程時(shí)，氣體對(duì)外作功為W=fypdv=0(11—16)即氣體對(duì)外不作功。但絕對(duì)溫度隨壓力增加而增加，提高了氣體的內(nèi)能。單位質(zhì)量的氣體所增加的內(nèi)能為11—17)E Jj{kgK') .q=718J/fe'疋)式中， 為定容比熱】 ],對(duì)空氣 。3、等溫過(guò)程一定質(zhì)量的氣體在溫度保持不變時(shí)，從某一狀態(tài)變化到另一狀態(tài)的過(guò)程，稱為等溫過(guò)程。如圖所示，設(shè)氣體從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2。因?yàn)?常數(shù)，所以有常數(shù)(11-18)即溫度不變時(shí)，氣體壓力與比容成反比關(guān)系。壓力增加，氣體被壓縮，單位質(zhì)量的氣體所需壓縮功為11－19)此變化過(guò)程溫度不變，系統(tǒng)內(nèi)能無(wú)變化，加入系統(tǒng)的熱量全部用來(lái)作功。4、絕熱過(guò)程『K圈荽專氣體在狀態(tài)變化過(guò)程中，系統(tǒng)與外界無(wú)熱量交換的狀態(tài)變化過(guò)程，稱為絕熱過(guò)程。該過(guò)程的曲線如圖所示。在此過(guò)程中，輸入系統(tǒng)的熱量等于零，即系統(tǒng)靠消耗內(nèi)能作功。(11-22)11－19)此變化過(guò)程溫度不變，系統(tǒng)內(nèi)能無(wú)變化，加入系統(tǒng)的熱量全部用來(lái)作功。4、絕熱過(guò)程『K圈荽專氣體在狀態(tài)變化過(guò)程中，系統(tǒng)與外界無(wú)熱量交換的狀態(tài)變化過(guò)程，稱為絕熱過(guò)程。該過(guò)程的曲線如圖所示。在此過(guò)程中，輸入系統(tǒng)的熱量等于零，即系統(tǒng)靠消耗內(nèi)能作功。(11-22)常數(shù)(11-23)式(11-22)和式(11-23)為絕熱過(guò)程的絕熱方程式。式中，'為絕熱指數(shù)，對(duì)不同的氣體有不同的值。絕熱過(guò)程氣體所作的功為f-\f-\S.-]1--[-[7W卯P-2-1—111－24)11－2511－25)5、多變過(guò)程等壓過(guò)程:式中，為多變指數(shù)。等容過(guò)程:等溫過(guò)程:絕熱過(guò)程:1.4（空氣），常數(shù);多變過(guò)程：一般'> >1,常數(shù)。等壓過(guò)程:式中，為多變指數(shù)。等容過(guò)程:等溫過(guò)程:絕熱過(guò)程:1.4（空氣），常數(shù);多變過(guò)程：一般'> >1,常數(shù)。多變過(guò)程氣體作功，以與絕熱過(guò)程相同的方法推導(dǎo)，結(jié)果為11－27）第三節(jié)氣體流動(dòng)規(guī)律不加任何限制條件的氣體狀態(tài)變化過(guò)程，稱為多變過(guò)程。前四種變化過(guò)程為多變過(guò)程的特例，實(shí)際上大多數(shù)變化過(guò)程為、運(yùn)動(dòng)方程在以下討論過(guò)程中不計(jì)氣體的質(zhì)量力，并認(rèn)為是理想氣體的絕熱流動(dòng)。在納維斯托克斯方程基礎(chǔ)上，理想氣體一元定常絕熱流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程為多變過(guò)程。如圖所示，其狀態(tài)方程為

、運(yùn)動(dòng)方程在以下討論過(guò)程中不計(jì)氣體的質(zhì)量力，并認(rèn)為是理想氣體的絕熱流動(dòng)。在納維斯托克斯方程基礎(chǔ)上，理想氣體一元定常絕熱流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程為1dp dv—?—=v P閱關(guān)1dp dv—?—=v P閱關(guān)11-28)式中，為氣體運(yùn)動(dòng)的平均速度(m/s)；為氣體壓力(Pa)；)；為兩過(guò)流斷面之間的距離(m)。二、連續(xù)性方程連續(xù)性方程，實(shí)質(zhì)上是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表現(xiàn)形式。氣體在管道中作定常流動(dòng)時(shí)，流過(guò)管道每一過(guò)流斷面的質(zhì)量流量為一定值。即口口 常數(shù) (11—29)對(duì)上式微分得11—30對(duì)上式微分得11—30)式中，川為過(guò)流斷面面積()。其它參數(shù)意義與式(11-28)完全相同。式(11-30)為連續(xù)性方程的又一表現(xiàn)形式。三、能量方程對(duì)式(11-28)積分得常數(shù) (11常數(shù) (11—31a)絕熱過(guò)程有或則(為常數(shù))dp=ckp'"''dp代入式(11-31a)中得k/ 1 Ek竺+電?厶=冬.+玉.(11-31b)2角七T2q.七一1(11-31b)式(11-31b)為能量方程，即可壓縮流體的伯努利方程。四、有機(jī)械功的可壓縮氣體能量方程在所研究的管道兩過(guò)流斷面之間有流體機(jī)械(如壓氣機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等)對(duì)氣體供以能量超時(shí)，絕熱過(guò)程能量方程變?yōu)閗J 1 Ek巴+生丄+總=吃+魚(yú)2Qi疋T 2p2對(duì)絕熱過(guò)程，有+口11－+口11－32)對(duì)多變過(guò)程，有11－33)、 分別為兩過(guò)流斷面、 分別為兩過(guò)流斷面1、2上的以上兩式中，戸*戸'分別為兩過(guò)流斷面1、2上的壓力(Pa)；平均速度(m/s)； 為過(guò)流斷面1的氣體密度();'為絕熱指數(shù)；為多變指數(shù)。五、通流能力1、有效截面積(一)對(duì)于如圖所示之圓形節(jié)流孔，設(shè)節(jié)流孔直徑為&，節(jié)流孔上游直徑為°對(duì)于如圖所示之圓形節(jié)流孔，設(shè)節(jié)流孔直徑為&，節(jié)流孔上游直徑為°節(jié)流孔口面積B5A現(xiàn)研究氣體流經(jīng)節(jié)流孔口，如圖所示，設(shè)孔口面積為 。由于孔口具有尖銳邊緣，而流線又不可能突然轉(zhuǎn)折，經(jīng)孔口后流束發(fā)生收縮，其最小收縮截面稱為有效截面積，以川表示，它代表了節(jié)QT"a "—h流孔的通流能力。節(jié)流孔的有效截面積J與孔口實(shí)際截面積之/八-比，稱為收縮系數(shù)，以匚表示，即0=￡/血(11-34)令P-(D/d)，根據(jù)值可從下圖中查到收縮系數(shù)□值，便可計(jì)算有效截面積貝0.卅0,740.70：666比S20.]0.10.3 0.1ft5CU0,7-i!d盅口節(jié)竄孔召=?山別節(jié)僦孔的租編慕數(shù)a11－35)符埔的收抽簾數(shù)1-ti-11.方iwm11－35)符埔的收抽簾數(shù)1-ti-11.方iwm具有鍛蛇督組擁的己烯駅囂＜2-42.S2n?n的思如:1-/-十$040M00有效截面積(二)對(duì)于氣流通過(guò)內(nèi)徑為&、長(zhǎng)為的管道，其有效截面積仍按式(11-34)計(jì)算。此時(shí)的為管道的實(shí)際截面積，式中收縮系數(shù)匚由圖查得。系統(tǒng)中有若干元件串聯(lián)時(shí)，合成有效截面積"盤用下式計(jì)算：系統(tǒng)中有若干元件并聯(lián)時(shí)，合成有效截面積=4+4+■■■+A=y>2-1(11-36)以上兩式中， 、分別為各元件的有效截面積。2、通過(guò)節(jié)流小孔的流量氣流通過(guò)氣動(dòng)元件，使元件進(jìn)口壓力戸1保持不變，出口壓力戸'降低。如果當(dāng)氣流壓力之比戸1/戸2>1.893或戸屮'<0.528時(shí)，流速在聲速區(qū)。自由（基準(zhǔn)）狀態(tài)的流量為=113.4^^273/7；遼=113.4^^273/7；遼/mm；11－37）當(dāng)戸當(dāng)戸引鞏>0.528或尹1/戸2<1.893時(shí),流速在亞聲速區(qū)。自由（基準(zhǔn)）狀態(tài)的流量為升=2升=2弘/阿云?傢疾\L/min；(11-38)以上兩式中，川為有效截面積（陀聊'）；戸1以上兩式中，川為有效截面積（陀聊'）；戸1為進(jìn)口絕對(duì)壓力（MPa）；戸'為出口絕對(duì)壓力（MPa）；為壓力差，=歸1-戸'（MPa）；'為進(jìn)口氣體絕對(duì)溫度（K）。六、充氣、放氣溫度與時(shí)間的計(jì)算1、充氣溫度與時(shí)間的計(jì)算充氣過(guò)程進(jìn)行較快，熱量來(lái)不及通過(guò)氣罐與外界交換，這種充氣過(guò)程稱為絕熱充氣。右圖示為氣罐的充氣過(guò)程。氣罐充氣時(shí),氣罐內(nèi)壓力從升高到戸'，氣罐內(nèi)溫度由原來(lái)的室溫升高7J到。根據(jù)能量守恒規(guī)律，得到充氣后的溫度為式中,(11—39)為氣源絕對(duì)溫度(K)；'是為絕熱指數(shù)。充汽結(jié)京￡s.xT7式中,(11—39)為氣源絕對(duì)溫度(K)；'是為絕熱指數(shù)。充汽結(jié)京￡s.xT7當(dāng)=，即氣源與被充氣罐均為室溫時(shí)，大吒圧40)充氣結(jié)束后，由于氣罐壁散熱，使罐內(nèi)氣體溫度下降至室溫，壓力也隨之下降，降低后的壓力值為(11—41)氣罐充氣到氣源壓力時(shí)，所需時(shí)間為11—43)式中， 為氣源絕對(duì)壓力(MPa)；為氣罐內(nèi)初始絕對(duì)壓力(MPa)； 為充氣與放氣的時(shí)間常數(shù)(s)；為氣罐容積(L)；為有效截面積(冬朋為氣罐容積(L)；為有效截面積(冬朋)。上圖所示為氣罐充氣時(shí)的壓力-時(shí)間特性曲線。2、放氣溫度與時(shí)間的計(jì)算演示圖101]0.L0U演示圖101]0.L0U如左圖所示，氣罐內(nèi)氣體初始?jí)毫椋瑴囟葹槭覝?，氣罐中的氣體通過(guò)小孔向外放氣。11－11－44)經(jīng)絕熱快速放氣后，壓力降到，放氣后溫度為11－45)式中，為關(guān)閉氣閥后罐內(nèi)氣體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的絕對(duì)壓力11－45)式中，為關(guān)閉氣閥后罐內(nèi)氣體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的絕對(duì)壓力(Pa)； 為剛關(guān)閉氣閥時(shí)氣罐內(nèi)的絕對(duì)放氣至 時(shí)立即關(guān)閉氣閥，停止放氣，氣罐內(nèi)溫度上升到室溫，此時(shí)氣罐內(nèi)壓力將上升到+0.945k0.1013j11－46)+0.945k0.1013j11－46)式中，為初始絕對(duì)壓力(大氣壓力)(MPa)； 為臨界壓力，一般取 =0.192MPa(絕對(duì)壓力)；為壓力(Pa)。氣罐放氣終了所需時(shí)間為時(shí)間常數(shù)，由式(11-43)決定。右圖所示為氣罐放氣時(shí)的壓力-時(shí)間特性曲線。第十二章氣源裝置和輔助元件第一節(jié)氣源裝置一、氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)壓縮空氣品質(zhì)的要求氣源裝置給系統(tǒng)提供足夠清潔干燥且具有一定壓力和流量的壓縮空氣。由空氣壓縮機(jī)排出的壓縮空氣雖然可以滿足氣動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)的壓力和流量要求，但其溫度高達(dá)170攝氏度，且含有汽化的潤(rùn)滑油、水蒸氣和灰塵等污染物，這些污染物將對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)造成下列不利影響：混在壓縮空氣中的油蒸氣可能聚集在貯氣罐、管道、氣動(dòng)元件的容腔里形成易燃物，有爆炸危險(xiǎn)。另外潤(rùn)滑油被汽化后形成一種有機(jī)酸，使氣動(dòng)元件、管道內(nèi)表面腐蝕、生銹、影響其使用壽命。壓縮空氣中含有的水分，在一定壓力溫度條件下會(huì)飽和而析出水滴，并聚集在管道內(nèi)形成水膜，增加氣流阻力；如遇低溫0）或膨脹排氣降溫等，水滴會(huì)結(jié)冰而阻塞通道、節(jié)流小孔，或使管道附件等脹裂；游離的水滴形成冰粒后，沖擊元件內(nèi)表