技术支持压缩空气基本理论

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压缩和压缩比 1、压缩 绝热压缩是一种在压缩过程中气体热量不产生明显传入或传出的压缩过程。在一个完全隔热的气缸内上述过程可成为现实。等温压缩是一种在压缩过程中气体保持温度不变的压缩过程。 7 b, c: \: `. T" o# G2、压缩比：（R） 压缩比是指压缩机排气和进气的绝对压力之比。例：在海平面时进气绝对压力为0.1 MPa ，排气压力为绝对压力0. 8MPa。则压缩比： 4 T [" l0 V8 @4 x7 B0 R P2 0.8 R=--------- =--------- =8 P1 0.1 # F# _0 R" R2 h7 L1 a: _' i多级压缩的优点： （1）、节省压缩功； （2）、降低排气温度； / U* c# h( }6 [# V7 f z; a （3）、提高容积系数； . g! n0 t- e& T- `8 A" h7 Q （4）、对活塞压缩机来说，降低气体对活塞的推力。 返回顶部 . ?+ h2 J) r( D0 }- M6 a 压缩介质 8 Y5 m1 W @: K: }( K为什么要用空气来作压缩介质？ 因为空气是可压缩、清晰透明的，并且输送方便（不凝结）、无害性、安全、取之不尽。 惰性气体是一种对环境不起化学作用的气体，标准压缩机能一样压缩惰性气体。 # V; N8 c. s3 i. d3 }空气的性质： 干空气成分：氮气（N2） 氧气（O2） 二氧化碳（CO2） 5 P( n3 m6 m0 @4 N# d9 |9 D 78.03% 20.93% 0.03% 分子量：28.96 比重：在0℃、760mmHg柱时，r0=1.2931kg/m3 # v( f8 d7 b/ s5 X比热：在25℃、1个大气压时，Cp=0.241大卡/kg－℃ - Q' x, R' d5 ^+ J+ J0 o+ ?在t℃、压力为H（mmhg）时，空气的比重： $ t5 V/ ]- x, y+ L3 j) t2 O" E 273 H : b$ t( w+ Y1 @( X$ g1 B3 \( Crt=1.2931× -------× -------kg/m3 ( b( o5 `, E4 W9 E6 U! k+ e) Y 273+t 760 湿空气的比重，还应考虑饱和水蒸气分压力（0.378ψ，Pb）。 * Q. b7 I0 Z$ S! H6 W/ o返回顶部 # z( T% `9 {* l# [$ M! h8 M 压力 1、压力 这只是某一单位面积的力，如平方米上受1牛顿力度压力单位为1帕斯卡： ; E7 A/ o3 I) k9 v9 R* |2 B即：1Pa = 1N/m2 1Kpa = 1,000 Pa = 0.01 kg/cm2 1Mpa = 106Pa = 10 kg/ cm2 ' k2 I* _; e2 Q4 F1 Z- i2、绝对压力 ( V3 _: @$ [! B ? f* F; ?绝对压力是考虑到与完全真空或绝对零值相比，我们所居住的环境大气具有0.1Mpa 的绝对压力。在海平面上，仪表压力加上0.1MPa的大气压力可得出绝对压力。高度越高大气压力就越低。 3、大气压力 % M) M9 A8 E& h/ _9 s7 g气压表是用于衡量大气的压力。当加上仪表压力上就可得出绝对压力。 绝对压力=压力计压力＋大气压力 大气压力通常是以水银MM为单位，但是任何一个压力单位都能作出同样很好的解释： 1个物理大气压力 = 760毫米汞柱 = 10.33米水柱 =1.033kgf/cm2≌0.1MPa. 4 i0 P# W& ^/ B% h+ X- ?: g& O大气压同海拔高度的关系： 1 k3 j- l3 I9 R& i! t. }, C H P=P0 ×（1- ----------）5.256 mmHg - _/ y& h' L. r1 w4 T9 y 44300 # f$ P% c4 S' d+ a H——海拔高度， P0=大气压（0℃，760mmHg） % e5 L5 T& r+ g' x1 \4、压力单位换算： 6 }# ~" L+ Y: x3 v. x单位： MPa，Psi(bf/in2) 1Psi=0.006895MPa, 5 U" V" o5 n7 Q4 J1bar=0.1MPa, 6 Z) Y5 @# o* O1kgf/cm2=98.066KPa=0.098066MPa≌0.1Mpa

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1、温度 , ~* U& o4 M8 q/ h) r( @ 温度是指衡量某一物质在某一时间能量水平的方法。（或更简单的说，某一事物有多少热或多少冷）。 温度范围是根据水的冰点和沸点。在摄氏温度计上，水的冰点为零度，沸点为100度。在华氏温度计上，水的冰点为32度，沸点为212度。 从华氏转换成摄氏：华氏=1.8摄氏＋32， 摄氏=5/9（华氏-32） 9 V7 n5 Y& {* ?8 ~" m0 y/ a" s2、绝对温度 这是用绝对零度作为基点来解释的温度。 ; T( `' ~7 q: q' q E9 d( M基点零度为华氏零下459.67度或摄氏零下273.15度 绝对零度是指从物质上除去所有的热量时所存在的温度或从理论上某一容积的气体缩到零时所存在的温度。 & J- z/ | w2 a. g2 P" L' f$ s 3、冷却温度差 冷却温度差是确定冷却器的效率的术语。因为冷却器不可能达到100％的效率，我们只能用冷却温差衡量冷却器的效率。 7 K7 f/ E! Y- J! ^; ]) M冷却温度差是进入冷却器的冷水或冷空气温度和压缩空气冷却后的温度之差。 $ N7 M7 ]3 \2 l% G4、中间冷却器 ; O3 @& C$ V/ r* ]8 R o4 Z 中间冷却器是用于冷却多级压缩机中的级与级之间的压缩空气或气体使温度降低的器件。中间冷却器通过降低进入下一级压缩空气温度达到降低压缩功率以有助于增加效率。 返回顶部 0 n( K+ ]9 {3 g + ]7 ?9 ^! u6 U# r- j1 F" ^ 露点和相对湿度 0 u1 o. j$ c% m" P 9 X' j5 ^; L2 ^" g% {1、露点和相对湿度 + u1 m# j" v. e: a2 l 就象晚上温度下降会产生露水一样，压缩空气系统内的温度下降也会产生水气。露点就是当湿空气在水蒸气分压力不变的情况下冷却至饱和的温度。 这是为什么呢? 含有水分的空气只能容纳一定量的水分。如果通过压力或冷却使体积缩小，就没有足够的空气来容纳所有的水分，因此多于的水分析出成为冷凝水。 离开后冷却器的空气通常是完全饱和的。分离器内的冷凝水就显示了这一点，因此空气温度有任何的降低，就会产生冷凝水。 6 Q: f; V3 u$ f% R) f设定的湿度可认为是湿空气所含水蒸气的重量，即：水蒸气重量和干燥空气重量之比。 8 k. r* K) }. K ) K- r" {, z7 y$ s" e4 ?$ Y: W相对湿度ψ χ-湿度 Ps ψ= ----------------- = ----------- 1 ]% C* K. r5 a) S4 }9 c% p χ0-饱和绝对湿度 Pb 当Ps=0, ψ=0时，称为干空气； " l: g4 o& \8 x8 [8 f) } V Ps=Pb, ψ=1时，称为饱和空气。 + F3 D% P8 N4 R1 E6 Q绝对湿度——1M3湿空气所含水蒸气的重量。 Gs—水蒸气重量 $ }& E+ z" O+ {. }χ= ---------------------- V—湿空气体积 7 h6 V: Y, u1 J5 f & u3 [) C1 N% K$ I7 N! m2 P 水蒸气重量 含湿量= --------------------- 干空气重量 9 G/ G l* z" K9 V. g9 j/ K. x * a4 h* T; ?5 Y8 w2、饱和空气 当没有再多的水气能容纳在空气中时，就产生了空气的饱和，任何加压或降温均会导致冷凝水的析出。 ! \+ V1 f7 a9 E& w% A4 l 3、水气分离器 # A/ I2 z% I x8 P4 n 水气分离器是用于收集和除去在冷却过程中从空气或气体中冷凝出来水的器件。 储气筒是用于储存压缩机排放出来的压缩空气和气体的容器。储气筒有利于消除排气管路中的脉冲，并在需求量大于压缩机的能力时，可起储存和补充提供压缩空气的作用。 . {: q4 t3 N9 r5 p" ~9 D 3 I4 g6 _- M) ]& D# O4 G: ^: p4、干燥机 # K" M6 y, `2 | 干燥机是用于干燥空气的装置。用我们的术语，就是用其干燥的压缩空气。离开后冷却器的空气通常是完全饱和的，就是说任何降温都会产生冷凝水。冷冻式干燥机是通过降低压缩空气的温度，析去水分，然后将空气再加热到接近原来的温度。 + G2 h4 ]6 I/ I! a/ I再生式干燥机是使空气通过含有化学物质的过滤器以析出水分。这种装置比冷冻式装置更能吸附水气。 返回顶部 状态及气量 9 P- a, N& {7 T 8 o- T. \4 f" @, B8 ?; Q0 R D1、标准状态 ! H7 d% M# P3 M7 S: ~/ L标准状态的定义是：空气吸入压力为0.1MPa，温度为15.6℃（国内行业定义是0℃）的状态下提供给用户系统的空气的容积。如果需要用标准状态，来反映考虑实际的操作条件，诸如海拔高度、温度和相对湿度则将应实际吸入状态转换成标准状态。 ( [0 x4 w @' n2 {; s2、常态空气 规定压力为0.1MPa、温度为20℃、相对湿度为36％状态下的空气为常态空气。常态空气与标准空气不同在于温度并含有水分。当空气中有水气，一旦把水气分离掉，气量将有所降低。 % a. D$ ~0 o! i. U9 ]: r% p 3、吸入状态 压缩机进口状态下的空气。 - [4 i c1 R. N, B 3 y# l; J2 G7 c+ R, Q4、海拔高度 , J: j0 s5 f. D8 I+ x ) b1 I7 I6 o0 q \/ a4 n; v' E按海平面垂直向上衡量，海拔只不过是指海平面以上的高度。海拔在压缩机工程方面占有重要因素，因为在海拔高度越高,空气变得越稀薄，绝对压力变得越低。既然在海拔上的空气比较稀薄，那么电动机的冷却效果就比较差，这使得标准电动机只能局限在一定的海拔高度内运行。EP200 标准机组的最大容许运行海拔高度为2286米。 # ?5 P$ Q; m, X% z+ D/ {$ ?$ Y7 C; K5、影响排气量的因素： Pj、Tj、海拔高度、n、V余、泄漏等。 ! ]+ }% q" @" u ; \/ A, }: ~8 Q3 m R6、海拔高度对压缩机的影响： ! s% t* Z; P. v( s: a （1）、海拔越高，空气越稀薄，绝压越低，压比越高，Nd越大； 6 f. ^* f- \( i% M （2）、海拔越高，冷却效果越差，电机温升越大； " w. `$ l q: z5 m/ h7 B （3）、海拔越高，空气越稀薄，柴油机的油气比越大，N越小。 0 `1 V* I7 \5 A. K% }. |7、容积流量 * i- K8 m# _ m. R. {- C5 D* b3 M 容积流量是指在单位时间内压缩机吸入标准状态下空气的流量。用单位：M3/min (立方米/分)表示。标方用N M3/min表示。 1CFM=0.02832 M3/min, 或者 1 M3/min=35.311CFM, S--标准状态，A--实际状态 8、余隙容积 ; h: F! V' r% }7 V G) z8 y }余隙容积是指正排量容积式（往复或螺杆）压缩机冲程终端留下的容积，此容积的压缩空气经膨胀后返回到吸入口，并对容积系数产生巨大的影响。 - |" X3 _* C7 S3 Q# o6 w; C * w8 O! C6 B$ c$ W9、负载系数 , `) _; B0 z1 k$ N. P \, S 4 u6 h0 w9 G% s. @负载系数是指某一段时间内压缩机的平均输出与压缩机的最大额定输出之比。不明智的做法就是卖给用户的压缩机，正好满足用户的最大的需求，增加一个或几个工具或有泄漏会导致工厂的压力下降。为了避免这种情况，英格索兰多年来一直建议采用负载系数：取用户系统所需气量的极大值，并除以0.9或0.8的负载系数。(或任何用户认为是个安全系数) 这种综合气量选择能顾及未预计到的空气需量的增加。无需额外的资本的投入，就可做一些小型的扩建。 10、气量测试 ! [* b' ]! B3 M$ I% M （1）、往复式压缩机气缸容积 压缩机气缸的容积是指活塞移动的容积减去活塞杆占有的体积。通常是用每分钟立方米来表示。多级压缩机的容积只是第一级压缩的容积，因为逐一通过所有级的气体都来源于第一级。 ! q/ h- ~# D3 _3 @* d2 D （2）、测试 低压喷嘴测试是一种精确衡量压缩机所提供空气的方法。这一方法得到压缩空气和气体学会的认可，还为ASME能源测试代号委员会所接受。ASME PTC-9中有关采用低压喷嘴测 试往复式压缩机的描述。ASME PTC-10中有有关采用低压喷嘴测试动力式压缩机的描述。

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功率及比功率 （能耗比、容积比能） . t$ `+ _- Y7 J* w 1、压缩机效率 % v. V" y P8 x/ c# J+ j容积效率是压缩机的实际气量和理论气量容积之比，用百分比表示。 压缩效率是压缩给定量气体实际所需的功率与理论功率之比。理论功率可按等温工况或绝热工况来计算。相应的压缩效率可用百分比来确定和表示。就蒸汽驱动或内燃机驱动的压缩机而言，机械效率是指压缩机的指示功分马力和在轴上的制动分马力之比。就电动机驱动的压缩机而言，机械效率是指压缩气缸内的指示功率同压缩机的轴功率之比。用百分比来表示。 , r$ \) Z5 E3 t* X" C( J4 B + E- R3 |. p; {' W2 @( k2 _+ J2、总体效率 5 T, j$ ]6 o5 V3 M总体效率是压缩机的压缩效率和机械效率的总和。 压缩机轴功率（制动功率）包括：气体压缩功—指示功，摩擦功 Ni * J! |' G5 j4 T, D) S机械效率ηm= -------- / b8 _/ ?- F8 j% v( W Nad 粗算：Nad=1.634PjVm(k/k-1)[ε(k-1/k)-1] Kw ; T! q6 U" k' p+ _6 }$ yN电机=N轴/η传， η传（皮带：0.92～0.98,齿轮：0.97～0.99） 螺杆压缩机中，风冷压缩机的轴功率要加上风扇电机的功率。 $ u. i( m4 r# n. E/ ?2 f3、容积比能 容积比能是指压缩机在单位时间内吸入单位气量所消耗的功率，通常用Kw/M3/min表示，在相同的排气压力下容积比能越小。即耗功少。该压缩机效率就是压缩机的真实效率的衡量。 比功率：规定工况：Pj=1bar(A),tj=20℃, ψ=0, t水=15℃ 6 e7 B) b+ K8 G/ J Pc =7bar(表)， 水量≤2.5L/M3 功率是单位时间所做的功，诸如马力(千瓦)被定为76Kg-m/小时 - V( t( v# F) g1 g7 h7 M9 U功率是能源的转换中衡量的指标。 % Y: A1 o2 v4 u* m$ n0 l为了得到功率的成本，我们也必须包括时间，例如：耗费金钱不是千瓦而是千瓦小时。 6 a% V( ~9 c0 F; d取马力并把其转换成耗费用户的成本，我们要用以下的公式： 电机制动马力×0.746 (转换成千瓦)×年运行小时×功率成本 ; `$ X& R8 y( a% x9 c& y& O$ R年成本= --------------------------------------------------- 2 v# V. A. |# `' N, G, {' G 电机效率 返回顶部 + K! N& C6 U8 S$ R' y3 V0 Q 噪音和声音评估 5 J6 r: x0 h- S( t. m9 j$ n 噪音被认为是令人讨厌或干扰的声音。 8 r& }# l# v8 ?5 a用户完全愿意整夜坐在迪斯科舞厅，边抽烟边欣赏高达95分贝的迪斯科音乐，但是不可思议的是他竟无法容忍第二天早上的65分贝的复印机噪音。用户喜欢迪斯科的噪音而不喜欢复印机的噪音。典型的鸡尾酒会噪音值为90分贝，摇滚乐队的噪音为100到138分贝之间。 : l4 [0 o9 y! |那么什么是分贝呢？ + g6 q6 B/ Y3 b4 c0 }2 `6 Q' }4 T 0 y* _% _ j/ \8 D分贝的定义可以解释为对两种能量比值的对数（以10为底）后乘以10。 W₂ dB=10log ------- 0 h7 w6 {& Z, k! \5 x1 Q' o6 T! s6 K W₁ 8 D* {; p8 y7 z' R! a& }7 Y% w0 e6 i 增加10分贝表示能量的增加10:1，增加20分贝表示能量增加100:1，增加30分贝则增加1000:1。 6 E$ ^" N; l" J+ S对我们的应用来说，我们是讨论声功率级-设定的W1参照值为10^-12，其公式就变成了： + z9 [& d1 C( C% h/ t - }; P' W3 z1 w. O0 @; JPWL(dB)=10log W/10^-12 4 i, h3 ^! u9 {& _例如，如果我们有一个声源，发出一个10^-5瓦特的功率级，那声功率是： ; Z: g( x) c6 m" [2 z/ ]6 \ 10^-5 * r( a7 Z$ t: qPWL=10log ------- = 70dB ) z5 ^; b; c! @# k 10^-12 当耳朵背对着噪音，人们发现耳朵就自动地“听不到”低频的噪声，非常类似下面的“A”级网络。 2 C# ~: c. B& T+ A p/ h5 h* |9 F为此，对工业噪声的测量选择的标准是“A”级噪声水平，并使用dBA术语。 由于反射的噪声能容易地被测试探头捕获，所以设置另一个标准。该标准要求所有噪声测量就在“空旷野外条件”下进行。 测量气体设备声音的ANSIS51规则指出：噪声应该在离机器一米远，一点五米高处测量。 因此，这里我们确定了测试探头位置和测量地点并且以“A”级网络测量噪声。 所有制造商使用这些相同的基本规定测量噪声。 如果两台同样噪声水平的机器并排运行，噪声水平的结果将增加了3dBA（两倍） / v, s! ^$ m Y/ A 例如：在我们原来的公式： 10^-5 * j9 \) }2 y4 s4 r: TPWL=10log ------- = 70dB - Y6 b/ q. s+ Z% h 10^-12 4 J/ ?/ i/ w# y; j如果，我们加倍我们声音功率水平到2×10^-5 # F" A& o& H: i8 U" F' T 2×10^-5 4 _* C( ~. k- k' CPWL= 10log --------- = 73 dB : K- Y7 E) H/ k% O x. ~ 10^-12 8 s$ J2 \* d+ ?3 @8 q 一个压缩机制造商声明：噪声水平担保为+3dBA是指其噪声水平将是其所声明的噪声水平的两倍或二分之一。 两台以不同速度运转的机组，可能有同样的噪声水平，但听起来完全不同。一台可能比另一台更刺耳。这是因为噪声是根据把频谱中所有的频率相加得出的一个数目来形成dBA。 , @; }$ C# F4 ]+ s为测量噪声水平，将测量到每一个音阶带的噪声，以“A”反评定并对比相加以得出答数（dBA）。 % x) C1 Y M6 t 所有这些意味着什么： / x, `: E( d d, ^ " l6 J6 j$ f9 w5 I+ x; r( S9 A1、这意味着，由于反射我们不能将一台压缩机安置在房间里，然后期望有和在空旷野外条件下相同的噪声水平。 ) ]8 s+ R% D% q ) I3 F% Q( f5 w# E7 ]2、我们不能光凭两台不同的机组（以不同的速度，不同的驱动，不同的组件和不同的外壳）就能对噪声水平做出一个聪明的猜测。测量噪声的唯一方法是使用一台声音测量设备。 8 E! T b5 U6 H) J 我们怎样克服噪声水平中明显的差异？ 1、通过准确测量噪声水平 ( }" m" g+ t& [4 r3 G P5 k2、通过知道噪声水平是怎样构成的来理智地指定频率的差别和刺耳的因素。 3、知道两个有相同噪声水平，然而不同频率特性的机组噪声对耳朵的伤害是相同的，即使其中一个确实“听起来”更轻一些。 我们怎样才能进一步降低噪声？ 1、保机体中的所有接头是安全的，叉车孔关闭，机组在地面的基体是固封住的。 2、通过管道输送进气和排气。 5 `3 |, b8 @) k5 A4 r5 f! Z3、减少反射噪声。 7 {; ~- \3 O9 r; {( H 声音和噪声测量充其量只不过是一种非常不精确的科学。对于这个课题的讨论希望能避免野外问题，野外修正的大量费用和用户的不满意。 " [: g T/ o5 C/ W) i& f1 Z1、所有噪声水平测量使用ANSLS51标准。这是一个工业标准。我们应该通过这个标准的参考了引用所用的噪声水平。简短的说，该标准要求空旷野外测量（无反射墙和屋顶），机组周围的多点测量，并对测量值取平均值。应该在机组一米以外，地面和基础水平上的一点五米处测量。任何单点测量可以起过引用的A噪声水平。只要平均读数能满足或低于引用水平。此外，所采用的测量是所衡量噪声的应该宽频带的平均值。当要求或给予应该频率带分析时，一些中频带的读数能而且通常确实比噪声衡量平均值更高。再一次指出，这是标准所接受的。 8 A& j- Q: Q0 F8 _& l, N* C& U2、在标准结构中 没有给予和适用的公差 ; G y. {2 @; v, { ?# t8 a5 B! N 3、没有真正的在野外安置的机组应写上“空旷野外”安置。实际上规则地点的噪声水平总是要更高一些，因为从附近墙壁和或屋顶以及附近设备分布的反射。 ) F: j: Q- m6 ]4、可能提交的噪声水平数据是当测量应该特定压缩机时采用实际的测量得到的并在一个同类型压缩机在同样的条件下重复运行可被解释为典型的噪声水平。 % f; a) H* v# {! n* q, D + B! f, n0 f$ V- q7 P. Z 注 意 & C0 c& J7 }% a* J. r 对于任何多点测量或重复压缩机测量时，有一定的误差联系。这些误差指出了为了担保噪声水平对一个特定压缩机的问题，应该在总的dBA衡量值上加上3分贝。当给予一个用户噪声水平担保时，服从以上要求是绝对必要的。 返回顶部 6 L) f, f' l9 T h% B$ U+ d+ R ' B1 S' ]# h5 t 经验公式 一台0.7MPa之空压机每马力生产0.1416M3气量 每0.007MPa压降等于0.5％功率 ! B- u+ a3 N& I$ D4 b 风冷压缩机的热载荷＝HP×2545BTU/时(1BTU = 1.055KJ) * C# j3 e/ q q: \& ^* |+ r/ M. I水冷压缩机的GPM(每分钟用水升数) N' L! J1 d- K$ C# [ HP × 2545 500×△T水 或, 如 △T水= 11.1℃(闭环路),为HP/4 如 △T水= 22.2℃ (城市供水系统) 为HP/8 ; ~) U7 O& Z2 U; N' i& t4 } 8 u- U: o; h, |6 Y$ l! Q2 ~; L经后冷却器后65%之冷凝水已去除 ~1 O' @4 t' _. l `; H$ r 8 R" _6 R {4 d* v1 n经冷冻式干燥器后96%的冷凝水已去除 - @ j- k, g# ^ 排气温度每升高11℃,含水量会翻倍 - U3 N4 }) v8 k1 R( c. R/ }每0.028M3=7.48加仑 = 28.31升=1立方英尺 - c8 |5 P+ k# F7 n3 h ! W% E$ j$ B, O# @) M空压机每M3进气量需配133.5升筒体贮气能力 * v. t% o0 |* U( \% o9 k! e从理想气体定律推导出的泵气公式 8 F! A& s! a1 e1 i( Y2 W7 b 体积(立方米) × 压力上升(MPa) 1 x0 {! b) Z4 E& Y# l& Y( E时间（分）＝——————————————— 3 e5 M8 O) x# V1 q' L* r, `0 w 气量(立方米)× 0.1013(MPa) + t* j1 {$ ]; w0 k# v( P1 J 电机皮带轮尺寸(英寸)×压缩机转速（RPM） # e O( y& P' P4 @7 B( f' {电机皮带轮尺寸（英寸）＝------------------------------------ 电机转速（RPM）

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压缩目的 7 }7 K2 d4 H" l6 q ! [! K6 q# d* B; H, a$ u* a气体的压缩有一个基本目的，即以高于原来压力的压力传送气体。原来的压力水平可能高低不等，从非常低的绝对压力（千分之几公斤）直到几千公斤；压力从几克到几千公斤；而传输的气量从几立方米/分直到几十万立方米/分。 3 y% U& F2 b7 L+ \* ] , c- e0 x' | k H& P压缩的具体目的有各种各样: % N& q% @1 j2 V2 n" S2 b4 c9 r& ?1.在驱动风动工具的压缩空气系统中传递功率； 2.为燃烧提供空气； 3.在天然气管道和城市煤气分配系统中输送和分配气体； 3 r" F+ v* z( {4.使气体通过一个过程或系统循环； 5.制造一个对化学反应更活跃的条件； 3 Z; c2 n* ^- H v" u2 g) ^6.出于多种目的制造和维持一个比原来高的压力水平，办法是将漏入或流入该系统的气体或原来就存在的杂气排出系统。 ; ~% K. M$ G# M0 s: F0 V# o- ^返回顶部 2 L5 o( I& K# U6 i; V 压缩方法 0 l- I4 k2 K) ^, `3 [ # q t- x9 h l) y4 m压缩气体的办法有4种: 2种是断续气流法，另2种是连续气流法（这是说明性的分类术语，而不是按热力学或功能分类）。这些方法要： ( }% c, Q: T/ ?6 {% e1.将一定量的连续气体截留于某种容器内，减小其体积从而使压力升高，然后将压缩气体推出容器。 . h5 }: `0 C" ?2 O' p # b. T' U' y7 w2.将一定量的连续气体截留于某种容器内，把气体带到排气口但不改变其体积，通过排气系统的逆流来压缩气体，然后将压缩空气推出容器。 4 Z' C5 v2 T; U4 L q3 B3.通过快速旋转的转子的机械运动来压缩气体。转子把速度和压力传给流动的气体（在固定的扩压器或挡板上速度进一步转化为压力)。 4.将气体送入同种或另一种气体（通常是，但不一定是蒸汽）的高速喷嘴里，并在扩压器上将混合气体的高速度转化为压力。 % r% i' J( t8 f4 p采用方法1和2的压缩机属于断续气流类，称为变容压缩机；采用方法3的称为速度型压缩机；采用方法4的称为喷射压缩机，其进气压力一般低于大气压力。 返回顶部 3 z8 z) f% F" b2 B% \8 l& Y) z 压缩机的种类和特点 2 c# w/ {2 x: P! O; c9 {/ U 压缩机的主要种类列于图1A，下面是各种压缩机的定义。凸轮式，膜片式和扩散泵等压缩机没有列入其中，是因为它们用途特殊而尺寸相对较小 。 容积式压缩机--是将一定量的连续气流限制于一个封闭的空间里，使压力升高。 . |3 Q6 U7 h8 d0 M" A) r 2 e- B* k* Y: t3 C1 c$ p往复式压缩机--是容积式压缩机，其压缩元件是一个活塞，在气缸内作往复运动。 回转式压缩机--是容积式压缩机，压缩是由旋转元件的强制运动实现的。 0 \! S3 T3 r. L( e; L* @. X. p 1 { ]5 P% v& ?: A( V5 T滑片式压缩机--是回转式变容压缩机，其轴向滑片在同圆柱缸体偏心的转子上作径向滑动。截留于滑片之间的空气被压缩后排出。 液体-活塞式压缩机--是回转容积式压缩机，在其中水或其它液体当作活塞来压缩气体，然后将气体排出。 : u6 u5 |; F5 Y: ^; k # J7 j: l; U. e罗茨双转子式压缩机--属回转容积式压缩机，在其中两个罗茨转子互相啮合从而将气体截住，并将其从进气口送到排气口。没有内部压缩。 螺杆压缩机--是回转容积式压缩机，在其中两个带有螺旋型齿轮的转子相互啮合，从而将气体压缩并排出。 ; B+ |* c% K$ k; o8 q' i速度型压缩机--是回转式连续气流压缩机，在其中高速旋转的叶片使通过它的气体加速，从而将速度能转化为压力。这种转化部分发生在旋转叶片上，部分发生在固定的扩压器或回流器挡板上。 3 _1 R3 e* H) V6 v8 r# k' d 离心式压缩机--属速度型压缩机，在其中有一个或多个旋转叶轮（叶片通常在侧面）使气体加速。主气流是径向的。 ) G% I" l4 Q9 X7 w2 M6 E2 y 轴流式压缩机--属速度型压缩机，在其中气体由装有叶片的转子加速。主气流是轴向的。 ! r1 z2 c9 L) w: k3 N! d混合流式压缩机--也属速度型压缩机，其转子的形状结合了离心式和轴流式两者的一些特点。 0 g5 m9 a7 ^+ F $ |2 i, z" V7 ], ]; d# ~3 i, Y喷射式压缩机--利用高速气体或蒸汽喷射流带走吸入的气体，然后在扩压器上将混合气体的速度转化为压力。 % Z" b' c' B4 ?* @

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三种基本类型的空压机包括： 4 c; r; c+ ~. |* M7 ~- B3 m7 j ! U2 w2 N; C/ y2 e+ X4 o 往复式 回转式 ) I8 }: g& @( }; Q) D, }. k 离心式 5 U( C; k+ a$ V, O) p2 t7 g) N以上三种类型的空压机可进一步划分为： 6 [% Y% n. H5 N+ G% v+ L9 q; {- \ 裸机和整机 风冷和水冷 , f6 h. m9 P% o4 N7 n- i8 F8 S 喷油和无油 让我们简单地讨论以下这三种类型的空压机： - I% g5 X \- F- Y 往复式空压机 $ R, ]4 E8 r$ s: T- m尺寸为0.7MPa(G) --范围的0.72Kw 和0.028M3/min 到 932 Kw和176.4M3/min 8 i0 M5 S1 q2 m# G# s. `往复式空压机是变容式压缩机。这种压缩机将封闭在一个密闭空间内的空气逐次压缩（缩小其体积）从而提高其气压。往复式空压机以汽缸内的一个活塞作为压缩位移的原件来完成以上的压缩过程。 7 Y& H z/ L( c2 _% V5 I当压缩过程仅靠活塞的一侧来完成时，该往复式称为单作用空压机，如果靠活塞的二头来完成时称为双作用。往复式空压机在每一个气缸上有许多弹簧式阀门，只有当阀门两侧的压差达到一定值后阀门才会打开。 ! B) x" O5 V8 H* v当气缸内的压力略低于进气压力时，进气阀门打开，当气缸内的压力略高于排气压力时排气阀门打开。 5 i+ \- r3 n& X! k+ C. C& Z如果压缩过程由一个汽缸或一组单级的汽缸完成时，该空压机称为单级空压机。许多实际使用工况要超过单级空压机的能力。压缩比大小（排气/进气压力）会引起排气温度过热或其他设计上的问题。 9 ?1 ?, h" p8 g# z + L) V4 J3 H6 y8 j3 u( g ~5 Y: r, I许多功率超过75Kw的往复式空压机被设计为多级机组，压缩过程由双级或多级组成，级级之间一般有冷却功能以降低进入下一级的气温。 - U: w* u% t+ O2 O- M往复式空压机有喷油和无油两种，具有压力和气量的广泛选择余地。 ( }, ~. Y( k5 C T 回转式空气压缩机 ) Z9 e& k) r' i6 b" W 0.85M3/min -- 85M3/min回转式空压机是变容式压缩机，最普通的回转式空压机是单级喷油螺杆式空压机，这种压缩机在机腔内有两个转子，通过转子来压缩空气，内部没有阀门。这种空压机一般为油冷（冷却介质是空气或水），这种油起到了密封的作用。 4 P0 [; `3 k* p* h* ~2 c / p' D2 D2 x& \* d7 U由于冷却在空压机内部进行，因此部件不会有很高的温度，因此，回转式空压机是连续工作制可设计成风冷或水冷机组。 / ~7 Z0 F1 ~" i% E: a由于结构简单易损件少，回旋式螺杆空压机很容易维护，操作，并具有安装灵活的特点。回转式空压机可安装在任何能支撑重量的地面。 * m% |" S ]; @1 H两级喷油回转式螺杆空压机在主机部件里带有两对转子，压缩过程由第一级和第二级串接压缩完成。两级回转式空压机具有结构简单和灵活性以及高效率的特点，两级回转式螺杆式空压机可是风冷和水冷以及全封装式。 $ i: Q) M! M' k- M无油回转式螺杆空压机使用特别设计的主机无需喷油就可进行压缩，从而产生无油压缩空气。无油回旋螺杆式空压机有风冷和水冷两种，并具有和喷油一样的灵活性。如你所看到的，回转式螺杆空压机有风冷、水冷、喷油、无油、单级和两级、在压力、气量、结构上有广泛的适用性。 8 d v' \ r! V. P: X2 L 离心式空气压缩机 - i9 u/ @; W4 o11.2M3/min -- 420M3/min离心式空压机是一动力型空压机，他通过旋转的涡轮完成能量的转换，转子通过改变空气的动能和压力来实现以上的转换。由静止的扩压器降低空气的流速来实现动能向压力的变换。 C# R( l8 x; S) p6 f 离心式空压机是无油空压机，运动齿轮的润滑油由轴密封和空气隔离。 " ~4 R0 Q# m0 k 2 S1 } [. _ e r1 O9 J离心式是连续工况式压缩机，移动件很少，特别适用于大气量无油的要求。 y* V3 H: m1 U2 b; {( m & a, t7 Q: O: O; H" R- d+ |" m离心式空压机是水冷式的，典型机组包括后冷却器和所有的控制装置。 5 L9 I! S" ]7 O返回顶部 " T! ^8 U( [0 t( R$ t+ h2 F 用气量的确定 ( F) F) A6 j6 F+ `! U* u' } 确定一个新厂的压缩空气要求的传统方法是将所有用气设备的用气量（m3/min）加起来，再考虑增加一个安全、泄漏和发展系数。 5 D, ^8 }. u R( d3 d3 F在一个现有工厂里，你只要作一些简单的测试便可知道压缩空气供给量是否足够。如不能，则可估算出还需增加多少。 一般工业上空气压缩机的输出压力为0.69MPa(G)，而送到设备使用点的压力至少0.62MPa。这说明我们所用的典型空气压缩机有0.69MPa(G)的卸载压力和0.62MPa(G)的筒体加载压力或叫系统压力。有了这些数字（或某一系统的卸载和加载值）我们便可确定。 3 t* n% H0 X/ _* T6 `2 ~0 U 如果筒体压力低于名义加载点(0.62MPa(G))或没有逐渐上升到卸载压力(0.69MPa(G))，就可能需要更多的空气。当然始终要检查，确信没有大的泄漏，并且压缩机的卸载和控制系统都运行正常。 - ^. c! b4 G+ b/ P. W如果压缩机必须以高于0.69MPa(G)的压力工作才能提供0.62MPa(G)的系统压力，就要检查分配系统的管道尺寸也许太小，或是阻塞点对于用气量还需增加多少气量，系统漏气产生什么影响以及如何确定储气罐的尺寸以满足间歇的用气量峰值要求。 一、测试法——检查现有空气压缩机气量 定时泵气试验是一种比较容易精确的检查现有空气压缩机气量或输出的方法，这将有助于判断压缩空气的短缺不是由于机器的磨损或故障所造成的。 + j, `) \3 p# h' @3 u! d' C0 t6 e下面是进行定时泵气试验的程序： 0 g: N f9 `+ q* L9 d3 X- QA．储气罐容积，立方米 6 e; T2 }/ L, [ d3 Z& _! m, F- f1 RB．压缩机储气罐之间管道的容积立方米 # _# _% u1 l' }4 GC．（A和B）总容积，立方米 D．压缩机全载运行 * Z+ S- @0 @. e% T3 v, uE．关闭储气罐与工厂空气系统之间的气阀 9 `) l! C$ ^; p+ p$ z5 | y8 DF．储气罐放气，将压力降至0.48MPa(G) G．很快关闭放气阀 7 S0 i/ s( B5 U) [7 zH．储气罐泵气至0.69MPa(G)所需要的时间，秒 现在你已有了确定现有压缩机实际气量所需要的数据，公式是： * O2 _8 \3 l6 ~+ o V（P2-P1）60 C=--------------------------- 7 ?0 _$ x! e1 D9 \' s （T）PA 8 P# k) J- G& L: U式中， C=压缩机气量，m3/min V=储气罐和管道容积，m3 （C项） 9 D }2 @% b/ b+ L S) dP2=最终卸载压力，MPa(A)（H项＋PA） 2 Y7 u1 i9 @) e: G5 C1 y" ^9 ?P1=最初压力，MPa(A) （F项＋PA） PA=大气压力，MPa(A)（海平面上为0.1MPa） T= 时间， s : D5 G1 i0 @" W1 d5 G" R4 Y# A 如果试验数据的计算结果与你厂空气压缩机的额定气量接近，你可以较为肯定，你厂空气系统的负荷太高，从而需要增加供气量。 8 @6 ]4 l- s& O$ n$ | 二、估算法 / R) r- W7 p0 v2 I V=V现有设备用气量＋V后处理设备用气量＋V泄漏量＋V储备量 5 e9 }# X( o% H0 f 4 s$ ?* k1 B- {# q2 _# \2 m' E三、确定所需的增加压缩空气 / V1 g) M) _7 L0 ?" R 根据将系统压力提高到所需要压力的空气量，就能确定需要增加的压缩空气供气量， P2 需要的m3/min=现有的m3/min--------- P1 式中，需要的m3/min=需要的压缩空气供气量 3 J; |9 K2 Q5 V8 t9 u3 q现有的m3/min=现有的压缩空气供气量 P2=需要的系统压力，MPa(A) * [4 u% b" W' B. y% x% o; G, ]0 oP1=现有的系统压力，MPa(A) 需增加的m3/min=需要的m3/min－现有的m3/min 结果就告诉你为满足现有的用气需求所要增加多少气量。建议增加足够的气量以便不仅满足目前的用气要求，还把将来的需求和泄漏因素考虑进去。 四、系统漏气的影响 - ?9 M* X, s; ?$ C9 R& W 供气量不足经常是由于或肯定是由于系统的泄漏，空气系统漏气是损失动力的一个连续根源，所以最好应当使其尽量少一些。几个相当于1/4英寸小孔的小漏点，在0.69MPa压力下可能漏掉多至2.8M3的压缩空气，这等于你损失一台18.75Kw的空气压缩机的气量，以电力每度0.4元，每年运行8000小时（三班制）计算，这些漏掉的空气使你白白损失60000元。 大多数工厂都会提供维护人员和零件来筑漏。损坏的工具。阀、填料、接头、滴管和软管应及时检查和修理。 - C% Z. d9 C2 `* {/ p0 s工厂整个系统的泄漏可通过在不供气情况下测定系统压力(在储气筒体上侧)从0.69MPa(G)降到0.62MPa(G)所需要的时间来诊断。利用泵气试验我们就可以算出整个系统的泄漏量： V（P2-P1）60 泄漏量m3/min=------------------------------ 2 X4 _; ]5 m+ N) ?( h7 O 90（PA） - t, `; g' F* M如漏气率超过整个系统气量的百分之五，就必须筑漏。 1 O1 ^. o; B& M6 T 五、选择压缩机的规格 2 G6 ^+ U6 V' w: H5 N3 r4 R & |$ J, n% A9 r你一旦确定工厂用气的气量（m3/min）和压力（MPa(G)）要求，便可选择空气压缩机的规格。在选择时你可能要考虑的因素包括： 目前的用气量是多少？工厂扩建后的用气量要求是多少？一般来说,用气量的年增长率为10％。是否考虑将来要用特殊的制造工艺和工具？ `5 _1 K$ P! E 理想的做法是回转螺杆式压缩机和离心式压缩机所定的规格应保证在调制和调节控制范围正常工作。 ( J& Z, T/ f% { $ B8 l5 ?" \ g4 z单作用风冷往复式空气压缩机所确定的规格应保证在恒速控制系统的基础上有30~40％的卸载时间。 水冷往复式空气压缩机可以连续工作，但选规格时最好考虑有20~25％缓冲或卸载时间。 研究各种型号的空气压缩机性能特点以估算动力成本，从而确定哪一种是满足你厂目前和将来要求要求的最佳选择。 $ m* m: G- f& e& Z& X6 N8 o% z A 5 Q3 C) `8 Q! r+ {( ?+ ]0 c. ?" s工厂漏气严重吗？是否要筑漏计划以便最终能减轻压缩空气系统的负荷？ # f/ T5 o! X' U! v 你对所选空气压缩机的运行、维护、安装和性能特点感到满意吗？ 9 r( I, I$ O: F" M; d r在选择空气压缩机及其附加设备（如干燥机和过滤器）你是否已考虑到压缩空气的质量要求？ ' h( T. X# M/ W6 t" o% E5 f附加设备对你选择空气压缩机有何影响？ ! b) K2 V6 V! D. i0 m 你是否考虑过万一主空气压缩机故障时的备用气量？ 各个班次是否需要用同样气量的压缩空气？ 9 u, ~% w( x6 J8 m$ w 所选用的空气压缩机在用气量较低时运转情况怎样？ * y+ k9 s' M3 R) j8 |# V 可能要考虑用一台较小的空气压缩机以便节约能源，避免主空气压缩机过多的循环和磨损。 1 W6 @; i& K( r& n, Z* E% }9 }0 q: C 工厂是否有需加一考虑的不寻常间歇峰值要求载荷？

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理想气体 . s3 l) P; t1 g+ Hideal gas : z& p* O+ a, b. p. u 假想的、理想化的气体模型。又称完全气体。严格遵循气体实验定律，亦即严格遵循理想气体状态方程。理想气体是实际气体的近似和简化，是实际气体在压强趋于零时的极限。理想气体把握住了气体的某些重要特征，使问题简化，得以研究。实际气体，则应根据涉及的问题和条件，在理想气体的基础上，作必要的修正、补充。在微观上，理想气体模型的特点是，分子的大小与分子间平均距离相比可以忽略不计；除碰撞外，分子间以及分子与器壁间的相互作用可以忽略不计；分子间以及分子与器壁间的碰撞是完全弹性的。换言之，理想气体的分子间除弹性碰撞外没有能量交换，这使得理想气体的内能严格地等于分子功能之和，只与温度有关，与压强或体积无关。

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理想气体为假想的气体。其特性为：

• 气体分子间无作用力
• 气体分子本身不占有体积
• 气体分子与容器器壁间发生完全弹性碰撞

真实气体在愈低压、愈高温的状态，性质愈接近理想气体。最接近理想气体的气体为氦气。

目录 1 理想气体方程式 1.1 波以耳定律 1.2 查理-给吕萨克定律 1.2.1 查理定律 1.2.2 给吕萨克定律 1.3 亚弗加厥定律 1.4 道耳吞分压定律

理想气体方程式

理想气体方程式：理想气体的压力、体积、莫耳数、温度间的关系。为综合波以耳定律、查理定律、给吕萨克定律、亚弗加厥定律、道耳吞分压定律所得出的公式。数学关系式如下︰

PV = nRT

P表理想气体的压力，单位为大气压力(atm）

V表理想气体的体积，单位为公升（L）。

n表理想气体的莫耳数，单位为莫耳（mol.）

R为理想气体常数，约为0.082 atm-L/mol-K。

T表理想气体的温度，单位为绝对温度（K）

波以耳定律

波以耳定律：在定量定温下，理想气体的体积与气体的压力成反比。

英国化学家波以耳，在1662年根据实验结果提出：“在密闭容器中的定量气体，当温度维持一定时，气体的压力和体积成反比关系。”称之为波以耳定律。

P₁V₁ = P₂V₂

查理-给吕萨克定律

查理-给吕萨克定律：定量的理想气体，压力与体积的乘积与温度成正比。即将查理定律和给吕萨克定律统整的定律。

查理定律

查理定律：定量定压的理想气体，在体积与温度正比_1.。温度每升高（或降低） 1 ℃，其体积会增加（或减少）其在 0℃时体积的1／273.15_2.。

1.

2.

1787年，查理借由研究氧﹑氮﹑氢﹑二氧化碳以及空气等在0℃ 与 100℃ 间热膨胀的情形，发现每种气体的膨胀率都相同。当压力维持一定时，定量气体温度每升高（或降低） 1 ℃，其体积会增加（或减少）其在 0℃时体积的 1／267。(1847 年法国化学家雷诺 (H.Regnault 1810-1878)修正为 1／273.15)。

给吕萨克定律

给吕萨克定律︰定量、定容的理想气体，其压力与温度成正比_1.。温度每升高（或降低）1℃，其压力会增加（或减少）其在0℃时压力的1/273.15_2.。

1.

2.

1802年，给吕萨克证明任何气体当升高相同温度时，体积会膨胀相同的比例，即任何气体 都具有相同的热膨胀系数，而发现一个与查理定律非常相似的定律。

注︰其实查理早就发现压力与温度的关系，只是当时未发表，也未被人注意。直到给吕萨克从新提出后，才受到重视。早年都称“查理定律”，但为表彰给吕萨克的贡献而称为“查理-给吕萨克定律”。

亚弗加厥定律

亚弗加厥定律：定温、定压的理想气体，其体积与莫耳数成正比。

道耳吞分压定律

道耳吞分压定律：定容、定温的理想气体，其压力与莫耳数成正比。

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气体 gas + A1 [$ s$ R' o3 q# Z' R4 { 以气态形式存在的物质的总称。气体分子间距较大，相互作用力弱，所以易压缩，易流动，无一定形状，气体分子作无规则热运动，其体积取决于容器的大小，其温度取决于分子的平均动能，分子与器壁的不断碰撞产生压强。实际气体状态方程与理想气体状态方程有所不同，实际气体的内能不仅随温度还随体积变化，实际气体存在着相变的临界温度等等。 , \. ~; u* V8 q4 T6 W5 d8 Y, U; W 有时把临界温度以上的气态物质称为气体，把临界温度以下的气态物质称为蒸气。气体概念也可以引申到其他领域，如金属中自由电子的集合，称为电子气。

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理想气体状态方程 ideal gas，equation of state of ; U6 [" I0 K5 L5 ` 描述理想气体状态变化规律的方程。质量为M的理想气体，其状态参量压强p、体积V和绝对温度T之间的函数关系为 式中μ和v分别是理想气体的摩尔质量和摩尔数；R是气体常量。对于混合理想气体，其压强p是各组成部分的分压强p₁、 p₂、……之和，故 4 @4 r( N; @3 s1 T/ x pV＝（ p₁＋ p₂＋……）V＝(v₁＋v₂＋……)RT，式中v₁、v₂、……是各组成部分的摩尔数。 H/ f& z8 N" i 以上两式是理想气体和混合理想气体的状态方程，可由理想气体严格遵循的气体实验定律得出，也可根据理想气体的微观模型，由气体动理论导出。在压强为几个大气压以下时，各种实际气体近似遵循理想气体状态方程，压强越低，符合越好，在压强趋于零的极限下，严格遵循。

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气体常量 gas constant - r7 _/ M, R( G8 S* b2 S 表征气体性质的一个普适常量 。全称为摩尔气体常量，又称普适气体常量，简称气体常量，常用符号R表示。根据理想气体状态方程pV＝υRT，R等于1摩尔任何理想气体的压力p和体积V的乘积除以绝对温度T ，取标准状态T ＝273.15K，p＝1大气压，标准状态下的气体体积V0可由实验得出比较准确的数值，为V₀＝ 22.41410×10^-3米³／摩尔（m³·mol^-1），由此算出 R＝8.314510 0 t# d# R! Y" ?& N) z J·mol^-1·K^-1。

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气体动力学 gas dynamics ) ?. Q" x t- c! t# P1 K8 S& t . k9 t8 j# _& Q- ?4 g3 G 流体力学的一个分支，在连续介质假设下，研究与热力学现象有关的气体的运动规律及其与相对运动物体之间的相互作用。气体在低速流动时属不可压缩流动，其热力状态的变化可以不考虑；但在高速流动(如马赫数大于0.3左右)时，气体的压缩效应不能忽略 ，其热力状态也发生明显的变化，气体运动既要满足流体力学的定律，也要满足热力学的定律。流体力学和热力学的紧密结合，便形成了气体动力学。气体动力学开始于对弹丸运动、蒸汽涡轮等的研究，随着航空和航天工业的蓬勃发展，出现了不少新的分支。 3 J, o' ~0 A1 }5 R+ B8 n, C ①高温气体动力学。研究高温气体的流动规律和伴随的各种物理化学变化、能量传递和转化规律。例如在喷气发动机的燃烧室、再入大气层航天器表面的激波层和高超声速尾迹中，气体温度极高，气体比热不再是常数，完全气体的状态方程(p＝ρRT，p、ρ、T为气体的压力、密度、温度，R为气体常量）不再适用。此外，气体分子内部各种能级的激发（平动、转动和振动等）处于不平衡状态，出现非平衡流动。在极高温度下，气流中还伴有离解和电离过程以及物面烧蚀现象。因此，高温气体动力学的研究，要把气体动力学与热力学、统计物理、分子物理、化学动力学和电磁学等结合起来，并要用到物理、化学和气体动力学等实验技术，光谱、激光、电子、力学等测量方法，激波管、电弧加热器等试验设备。高温气体动力学的研究对航空航天工业、激光器、等离子体技术等方面的发展，有重要意义。 + G, i: q; s! z& j$ f ②稀薄气体动力学。研究克努曾数Kn（见流体力学相似准数）并非远小于1的稀薄气体的运动规律。对于在高空大气层飞行的航天器，Kn不是小量，气体分子离散结构显示其影响，经典的连续介质模型不再适用。在地面上研究5微米以下气溶胶粒子的运动，也须考虑稀薄气体效应。研究稀薄气体动力学，要用到玻耳兹曼气体分子运动方程和气体分子与固体表面相互作用的理论，以及低密度风洞、激波风洞、分子束装置等实验设备。稀薄气体动力学的研究对人造地球卫星、航天飞机及某些非航天技术的发展，起着重要作用。 5 ]7 Q5 }$ g5 V8 E: L; m2 N ③宇宙气体动力学。应用气体动力学的方法研究宇宙中物质的形态和运动规律。宇宙中的物质形态以等离子体为主，还有稀薄气体，行星内部有液态核，它们都是流体或磁流体。所以应用流体力学和磁流体力学的理论和方法能描述很多宇观尺度的天体过程。宇宙气体动力学的研究领域已从行星环境扩展到太阳内部，从气体星云到星系，以至到局部宇宙的演化规律，并取得一批成果，其中包括太阳风、地球磁层、气体星云的收缩和碎裂、无碰撞激波、恒星大气的反常加热、宇宙中磁场的起源和演变、宇宙中的湍流特性、星系旋涡结构的密度波理论等。现在，大量天体物理的问题都采用气体动力学的概念和方法进行研究，而讨论具体的物理化学过程又反过来扩展了气体动力学的领域。

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气体实验定律 gas,experimental laws of 4 a1 z3 m' A$ x# Y, |* d " i5 Q* C8 D! R: e# l 关于气体热学行为的5个基本实验定律，也是建立理想气体概念的实验依据。 ①玻意耳定律。一定质量的气体，当温度保持不变时，它的压强p和体积V的乘积等于常量，即 pV＝常量式中的常量由气体的性质、质量和温度确定。 ②盖·吕萨克定律。一定质量的气体，当压强保持不变时，它的体积V随温度t线性地变化，即 V＝V₀(1＋a_vt)式中V₀，V分别是0℃和t℃时气体的体积；a_v是压力不变时气体的体膨胀系数。实验测定，各种气体的a_v≈1／273°。 ③查理定律。一定质量的气体，当体积保持不变时，它的压力p随温度t线性地变化，即p＝p₀(1＋a_pt)式中p₀，p分别是0℃和t℃时气体的压强，a_p 是体积不变的气体的压力温度系数。实验测定，各种气体的a_p≈1／273°。 9 d- z( ^" R. L0 p# O% E 实验表明，对空气来说，在室温和大气压下，以上三条定律近似正确，温度越高，压力越低，准确度越高 ；反之，温度越低，压力越高，偏离越大。(以空气为例，在0℃，若压强为1大气压时体积为1升，即pV等于1大气压·升，则当压力增为500和1000大气压时，pV乘积增为1.34和1.99大气压·升，有明显差别。)另外，同种气体的a_v、a_p都随温度变化，且稍有差别；不同气体的a_v、a_p也略有不同。温度越高，压力越低，这些差别就小，常温下在压力趋于零的极限情形，对于一切气体，a_v＝a_p＝1／273.15°。 ④阿伏伽德罗定律。在相同的温度和压力下，1摩尔任何气体都占有同样的体积。在T₀＝273.15K和p₀＝1大气压的标准状态下，1摩尔任何气体所占体积为V₀＝22.41410×10^-3米³／摩尔(m³·mol^-1）。它也可表述为：在相同的温度和压力下，相同体积的任何气体的分子数(或摩尔数)相等。在标准状态下，单位体积气体的分子数即J.洛喜密脱常量为n₀＝2.686773×10²⁵m^-3，因此，1摩尔气体所含分子数为 N_A＝6.0221367×10²³ mol^-1称为阿伏伽德罗常量。根据摩尔的定义，组成物质系统的基本单元可以是原子，分子，也可以是离子，电子，其他粒子或这些粒子的特定组合。因此，阿伏伽德罗定律也可推广为，1摩尔任何物质所包含的基本单元数都等于阿伏伽德罗常量。 以上讨论限于化学纯气体。 : a2 n- W: u7 O ⑤道耳顿定律。混合气体的压力等于各成分的分压力之和。某一成分的分压力是指该成分单独存在时（即在与混合气体的温度、体积相同，且与混合气体中所含该成分的摩尔数相等的条件下，以化学纯状态存在时)的压力。 , g k9 ?7 y; H, t5 h4 L! p9 D 以上5个气体实验定律分别是1662年R.玻意耳，1802年盖·吕萨克，1785年J.A.C.查理，1811年A.阿伏伽德罗，1802年J.道耳顿提出的。

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气体输运现象

gases，transport phenomenon in 气体各部分因流速、温度、密度不同，引起动量、能量、质量传递或交换的现象。这些现象分别称为粘滞（或内摩擦）、热传导、扩散现象，统称气体输运现象、气体迁移现象。在孤立系统中，通过动量、能量、质量的传递，各部分之间的宏观相对运动、温度差异、密度差异逐渐消失，系统由非平衡态过渡到平衡态。 : a5 b4 a p; Y4 F, `: R( f 粘滞、热传导、扩散遵循各自的实验规律，但形式类似，具有共同的特点。当气体各层流速、温度、密度不同时，相邻层分别互施切向作用力（流速较小层加速，流速较大层减速）、传递热量(高温层放热，低温层吸热)、迁移质量（质量从高密度层向低密度层迁移）。实验表明，相邻层之间单位时间内经单位面积传递的动量、热量、质量分别与流速的空间变化率、温度梯度、密度梯度成正比，比例系数分别称为粘滞系数、导热系数(热导率)、扩散系数。这些实验规律分别称为牛顿粘滞定律、傅里叶热传导定律、菲克扩散定律。 气体输运现象来源于分子间的碰撞，与气体分子的平均自由程密切相关。气体动理论揭示了输运现象的微观本质，导出了上述实验规律，给出了输运系数与相应的微观量平均值的联系，从而说明它们与温度、压强的关系。 - \8 Z4 n0 g+ B6 [! [8 @ 在实际问题中，各种输运过程往往同时存在，交叉影响。输运现象不仅在气体中，在液体、固体 、等离子体中也会发生。

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实际气体状态方程 3 H$ m3 ~( c6 r; W/ sstate for actualgases，equation of 描述实际气体状态变化规律的方程。实际气体的分子有内在结构，两分子相距较近时为斥力且随距离缩短急剧增大，相距较远时为引力随距离加大逐渐减小。实际气体与理想气体微观模型的差异，导致状态方程不同。 1873年范德瓦耳斯假设气体分子是相互吸引的刚球，吸引力范围大于刚球半径。因分子是刚球而不是质点，分子活动范围即气体体积小于容器容积 V ，气体体积应修正为（V－b），b是反映分子大小的修正量，可由实验确定。又因分子间存在吸引力，当分子在容器内部时，四周分子对称分布合力为零；但当分子与器壁距离小于吸引力作用范围时，将受到垂直于器壁指向气体内部的合力，使分子撞击器壁时动量的垂直分量减小，即器壁所受实际压强比 4 |6 k& K1 P7 I7 J! j% U3 A3 d 1 R2 l+ S6 ?- d; O0 M9 O7 Z 小，为,称为气体分子施予单位面积器壁的冲量的平均值。分子碰壁一次施予的冲量（即分子动量的改变）的减少量与分子所受吸引力成正比，吸引力又与单位体积分子数成正比，同时，碰壁的分子数也与单位体积分子数成正比。因此，Δp应与体积的二次方成反比，为，a是常量可由实验确定。于是，1摩尔范德瓦耳斯气体的状态方程为： 范氏方程较好地描绘高温下实际气体的状态变化关系，揭示出相变临界温度的存在，推广后还可近似应用于液体。它是许多近似状态方程中最简单和使用最方便的一个。 卡末林-昂内斯提出了一个按体积负幂次展开的级数形式的气体物态方程 式中A，B，C，…都是温度的函数，并与气体性质有关，分别称为第一、第二、第三…位力系数。这是实际气体状态方程最完全的形式。 2 y9 J/ @) U' Y3 b# {3 H/ { 实际工作中常采用各种经验或半经验的状态方程，它们相当准确，但往往只适用于某种特定气体或蒸气，只限于特定的比较狭小的压强和温度范围。

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压缩空气的质量标准

现代产业使用压缩空气时都有一整套设备、设施，我们把由生产、处理和储存压缩空气的设备所组成的系统称为气源系统。典型的气源系统由下列几部分组成：空气压缩机、后部冷却器、缓冲罐、过滤器（包括油水分离器、预过滤器、除油过滤器、除臭过滤器、灭菌过滤器等等）、干燥机（冷冻式或吸附式）、稳压储气罐、自动排水排污器及输气管道、管路阀件、仪表等。上述设备根据工艺流程的不同需要，组成完整的气源系统。

空压机排出的压缩空气是不干净的，除了含有水（包括水蒸气、凝结水）和悬浮物外，还有油（包括油雾、油蒸气）。这些污染物对提高生产效率、降低运行成本、提高产品质量是不利的，因此就需要进行干燥净化处理。为了统一标准，国际标准组织（ISO）所属压缩机、气动机械及工具委员会（TC118）在1986年提出了关于压缩空气干燥净化设备和压缩空气品质的国际标准，其中压缩空气质量等级标准ISO8573.1把压缩空气中的污染物分为固体杂质、水和油三种（我国等同采用了ISO8573即国家标准GB/T13277－91《一般用压缩空气质量等级》），具体如表1-3。

表1-3 ISO8573.1-1

质量等级 固体颗粒 & M. g9 R1 c! u$ |最大直径（μm） 水压力露点°C 0.7MPa g 油(包括蒸气)mg/m3 1 0.1 -70 0.01 2 1 -40 0.1 3 5 -20 1.0 4 15 +3 5 5 40 +7 25 6 - +10 -

除了上述标准外其他标准名称如下：

——ISO7183 压缩空气干燥器 规范与试验

——ISO8573-1 一般用压缩空气 第一部分：污染物和质量等级

——ISO8573-2 一般用压缩空气 第二部分：悬浮油粒的测试方法

——ISO8573-3 一般用压缩空气 第三部分：湿度测量

——ISO8573-4 一般用压缩空气 第四部分：固体粒子的测量

——ISO8573-5 一般用压缩空气 第五部分：油蒸汽的测量

——ISO8573-6 一般用压缩空气 第六部分：气体污染物的测量

——ISO8573-7 一般用压缩空气 第七部分：微生物的测量

ISO标准组织已着手对ISO8573.1进行修改，其主要变化表现在对固体颗粒的要求上。新标准对固体颗粒的数量进行了规定，这一变化是结合了纤维过滤器的实际性能，而且比较容易检测。具体内容见ISO8573.1-2001。

表1-4 ISO8573.1 : 2001

QUALITY CLASS SOLID PARTICLES + ]3 Z9 g I7 I; j0 \* qmaximum number of particles per m3 WATER Pressure Dewpoint °C (ppm. vol.) 2 F1 i* _7 _; Uat 7 bar g OIL 7 R* j' H1 L- m+ A% H6 e(Including vapour) 5 C2 L0 G( y& S( k9 bmg/m3 0.1-0.5 micron 0.5-1.0 micron 1.0-5.0 micron 1 100 1 0 -70 (0.3) 0.01 2 100,000 1,000 10 -40 (16) 0.1 3 - 10,000 500 -20 (128) 1.0 4 - - 1,000 +3 (940) 5 5 - - 20,000 +7 (1240) - 6 - - - +10 (1500) -