等压过程等等

1、 等压过程一定质量的气体，在压力保持不变时，从某一状态变化到另一状态的过程，称等压过程。如图11-1所示，设气体从状态1变化到状态2,在此过程中压力=常数。由式(11-12)可得T'T.p常数(11—13)式(11-13)说明：压力不变时,比容与绝对温度成正比关系,气体吸收或释放热量而发生状态变化。单位质量的气体所得到的热量为Q=C?(T2-Tl)式中，为定压比热匕对空气"5恥左此过程中,单位质量气体膨胀所作功为11—14)2、 等容过程又称“定容过程[1]”，是体积不变的热力学过程。即物质系统的体积保持不变的情况下所发生的各种物理或化学过程，其特点是体积V=恒量。由于在等容过程中系统对外界不作功，所以，当系统的温度升高时，将从外界吸收热量Q,并全部转变为自身内能的增加。对一定质量理想气体等容过程的特征是压强和绝对温度按正比的变化。一定质量的气体，在容积保持不变时，从某一状态变化到另一状态的过程，称为等容过程。如图11-2所示，设气体从状态1变化到状态2,在此过程中，比容=常数。由式(11-12)可得巴亠仝=T\Tr卞常数(11-15)式(11-15)说明：容积不变时，压力与绝对温度成正比关系。警容过提比祐在等容变化过程时，气体对外作功为W=fypdv巴亠仝=T\Tr卞常数(11-15)式(11-15)说明：容积不变时，压力与绝对温度成正比关系。警容过提比祐在等容变化过程时，气体对外作功为W=fypdv=0(11—16)即气体对外不作功。但绝对温度随压力增加而增加，提高了气体的内能。单位质量的气体所增加的内能为11—17)E Jj{kgK') .q=718J/fe'疋)式中， 为定容比热】 ],对空气 。3、等温过程一定质量的气体在温度保持不变时，从某一状态变化到另一状态的过程，称为等温过程。如图所示，设气体从状态1变化到状态2。因为=常数，所以有常数(11-18)即温度不变时，气体压力与比容成反比关系。压力增加，气体被压缩，单位质量的气体所需压缩功为11－19)此变化过程温度不变，系统内能无变化，加入系统的热量全部用来作功。4、绝热过程『K圈荽专气体在状态变化过程中，系统与外界无热量交换的状态变化过程，称为绝热过程。该过程的曲线如图所示。在此过程中，输入系统的热量等于零，即系统靠消耗内能作功。(11-22)11－19)此变化过程温度不变，系统内能无变化，加入系统的热量全部用来作功。4、绝热过程『K圈荽专气体在状态变化过程中，系统与外界无热量交换的状态变化过程，称为绝热过程。该过程的曲线如图所示。在此过程中，输入系统的热量等于零，即系统靠消耗内能作功。(11-22)常数(11-23)式(11-22)和式(11-23)为绝热过程的绝热方程式。式中，'为绝热指数，对不同的气体有不同的值。绝热过程气体所作的功为f-\f-\S.-]1--[-[7W卯P-2-1—111－24)11－2511－25)5、多变过程等压过程:式中，为多变指数。等容过程:等温过程:绝热过程:1.4（空气），常数;多变过程：一般'> >1,常数。等压过程:式中，为多变指数。等容过程:等温过程:绝热过程:1.4（空气），常数;多变过程：一般'> >1,常数。多变过程气体作功，以与绝热过程相同的方法推导，结果为11－27）第三节气体流动规律不加任何限制条件的气体状态变化过程，称为多变过程。前四种变化过程为多变过程的特例，实际上大多数变化过程为、运动方程在以下讨论过程中不计气体的质量力，并认为是理想气体的绝热流动。在纳维斯托克斯方程基础上，理想气体一元定常绝热流动的运动方程为多变过程。如图所示，其状态方程为

、运动方程在以下讨论过程中不计气体的质量力，并认为是理想气体的绝热流动。在纳维斯托克斯方程基础上，理想气体一元定常绝热流动的运动方程为1dp dv—•—=v P阅關1dp dv—•—=v P阅關11-28)式中，为气体运动的平均速度(m/s)；为气体压力(Pa)；)；为两过流断面之间的距离(m)。二、连续性方程连续性方程，实质上是质量守恒定律在流体力学中的一种表现形式。气体在管道中作定常流动时，流过管道每一过流断面的质量流量为一定值。即口口 常数 (11—29)对上式微分得11—30对上式微分得11—30)式中，川为过流断面面积()。其它参数意义与式(11-28)完全相同。式(11-30)为连续性方程的又一表现形式。三、能量方程对式(11-28)积分得常数 (11常数 (11—31a)绝热过程有或则(为常数)dp=ckp'"''dp代入式(11-31a)中得k/ 1 Ek竺+电•厶=冬.+玉.(11-31b)2角七T2q.七一1(11-31b)式(11-31b)为能量方程，即可压缩流体的伯努利方程。四、有机械功的可压缩气体能量方程在所研究的管道两过流断面之间有流体机械(如压气机、鼓风机等)对气体供以能量超时，绝热过程能量方程变为kJ 1 Ek巴+生丄+总=吃+鱼2Qi疋T 2p2对绝热过程，有+口11－+口11－32)对多变过程，有11－33)、 分别为两过流断面、 分别为两过流断面1、2上的以上两式中，戸*戸'分别为两过流断面1、2上的压力(Pa)；平均速度(m/s)； 为过流断面1的气体密度();'为绝热指数；为多变指数。五、通流能力1、有效截面积(一)对于如图所示之圆形节流孔，设节流孔直径为&，节流孔上游直径为°对于如图所示之圆形节流孔，设节流孔直径为&，节流孔上游直径为°节流孔口面积B5A现研究气体流经节流孔口，如图所示，设孔口面积为 。由于孔口具有尖锐边缘，而流线又不可能突然转折，经孔口后流束发生收缩，其最小收缩截面称为有效截面积，以川表示，它代表了节QT"a "—h流孔的通流能力。节流孔的有效截面积J与孔口实际截面积之/八-比，称为收缩系数，以匚表示，即0=£/血(11-34)令P-(D/d)，根据值可从下图中查到收缩系数□值，便可计算有效截面积貝0.卅0,740.70：666比S20.]0.10.3 0.1ft5CU0,7-i!d盅口节竄孔召=«山別节僦孔的租编慕数a11－35)符埔的收抽簾數1-ti-11.方iwm11－35)符埔的收抽簾數1-ti-11.方iwm具有锻蛇督组拥的己烯駅囂＜2-42.S2n«n的思如:1-/-十$040M00有效截面积(二)对于气流通过内径为&、长为的管道，其有效截面积仍按式(11-34)计算。此时的为管道的实际截面积，式中收缩系数匚由图查得。系统中有若干元件串联时，合成有效截面积"盘用下式计算：系统中有若干元件并联时，合成有效截面积=4+4+■■■+A=y>2-1(11-36)以上两式中， 、分别为各元件的有效截面积。2、通过节流小孔的流量气流通过气动元件，使元件进口压力戸1保持不变，出口压力戸'降低。如果当气流压力之比戸1/戸2>1.893或戸屮'<0.528时，流速在声速区。自由（基准）状态的流量为=113.4^^273/7；辽=113.4^^273/7；辽/mm；11－37）当戸当戸引巩>0.528或尹1/戸2<1.893时,流速在亚声速区。自由（基准）状态的流量为升=2升=2弘/阿云•傢疾\L/min；(11-38)以上两式中，川为有效截面积（陀聊'）；戸1以上两式中，川为有效截面积（陀聊'）；戸1为进口绝对压力（MPa）；戸'为出口绝对压力（MPa）；为压力差，=归1-戸'（MPa）；'为进口气体绝对温度（K）。六、充气、放气温度与时间的计算1、充气温度与时间的计算充气过程进行较快，热量来不及通过气罐与外界交换，这种充气过程称为绝热充气。右图示为气罐的充气过程。气罐充气时,气罐内压力从升高到戸'，气罐内温度由原来的室温升高7J到。根据能量守恒规律，得到充气后的温度为式中,(11—39)为气源绝对温度(K)；'是为绝热指数。充汽结京£s.xT7式中,(11—39)为气源绝对温度(K)；'是为绝热指数。充汽结京£s.xT7当=，即气源与被充气罐均为室温时，大吒圧40)充气结束后，由于气罐壁散热，使罐内气体温度下降至室温，压力也随之下降，降低后的压力值为(11—41)气罐充气到气源压力时，所需时间为11—43)式中， 为气源绝对压力(MPa)；为气罐内初始绝对压力(MPa)； 为充气与放气的时间常数(s)；为气罐容积(L)；为有效截面积(冬朋为气罐容积(L)；为有效截面积(冬朋)。上图所示为气罐充气时的压力-时间特性曲线。2、放气温度与时间的计算演示图101]0.L0U演示图101]0.L0U如左图所示，气罐内气体初始压力为，温度为室温，气罐中的气体通过小孔向外放气。11－11－44)经绝热快速放气后，压力降到，放气后温度为11－45)式中，为关闭气阀后罐内气体达到稳定状态时的绝对压力11－45)式中，为关闭气阀后罐内气体达到稳定状态时的绝对压力(Pa)； 为刚关闭气阀时气罐内的绝对放气至 时立即关闭气阀，停止放气，气罐内温度上升到室温，此时气罐内压力将上升到+0.945k0.1013j11－46)+0.945k0.1013j11－46)式中，为初始绝对压力(大气压力)(MPa)； 为临界压力，一般取 =0.192MPa(绝对压力)；为压力(Pa)。气罐放气终了所需时间为时间常数，由式(11-43)决定。右图所示为气罐放气时的压力-时间特性曲线。第十二章气源装置和辅助元件第一节气源装置一、气动系统对压缩空气品质的要求气源装置给系统提供足够清洁干燥且具有一定压力和流量的压缩空气。由空气压缩机排出的压缩空气虽然可以满足气动系统工作时的压力和流量要求，但其温度高达170摄氏度，且含有汽化的润滑油、水蒸气和灰尘等污染物，这些污染物将对气动系统造成下列不利影响：混在压缩空气中的油蒸气可能聚集在贮气罐、管道、气动元件的容腔里形成易燃物，有爆炸危险。另外润滑油被汽化后形成一种有机酸，使气动元件、管道内表面腐蚀、生锈、影响其使用寿命。压缩空气中含有的水分，在一定压力温度条件下会饱和而析出水滴，并聚集在管道内形成水膜，增加气流阻力；如遇低温0）或膨胀排气降温等，水滴会结冰而阻塞通道、节流小孔，或使管道附件等胀裂；游离的水滴形成冰粒后，冲击元件内表