Башта Т.М. - Гидропривод и гидропневмоавтоматика (1067398), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Ка рис. 221, а приведен график зависимости динамической вязкости воздуха от температуры н давления, а на рис. 221, б — зависимость вязкости от температуры при атмосферном давлении. Динамическая вязкость азота при атмосферном давлении и температуре ! == 25 С равна 178 1О ' дин.сек(смз или 17,8 мкПа сек.
Тепловое расширение газа. Тепловое расширение газа характеризуется 1емпературным коэффициентом объемного расширения в 'С ', показы- 259 ваюшим относительное изменение объема газа при изменении температуры на 1'С: лу ау„'лт ' где ЛУ вЂ” изменение объема У газа в м', ЛТ вЂ” изменение температуры в 'С или К. Из термодинамики известно, что идеальный газ расширяется при постоянном давлении (изобарный процесс) пропорционально повышению его абсолютной температуры Т (закон Гей-Люссака). Зтот закон описывается урав- нением от =- Ро (1+ а1), где о, и о, — удельный объем газа при заданной и начальной температуре; а — температурный козффициент объемного расширения газа (практически может быть принят постоянным для всех газов); 1 — температура газа в 'С.
Если объем идеального газа поддерживается постоянным '(изохорный процесс), то давление р, в нем возрастает пропорционально повышению его абсолютной температуры: = р,(!+а!), где р, — начальное давление. Для температуры ! = — 1/а величина р, становится равной нулю. Зта температура, равная ! = †2,!5' С или Т = 'К является абсолютным нулем. Прн исчислении температуры от абсолютного нуля она называется абсолютной температурой и обозначается Т.- Сжимаемость газа. Сжимаемость характеризует изменение ЛУ объема газа при изменении давления на Лр: 1 ЛУ ЛР УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА Зависимость удельного объема или плотности газа от температуры Т и давления р называется уравнением состояния газа.
Для идеального газа (в частности, для воздуха при относительно невысоких давлениях) ро = КТ. (71) Зто уравнение, получившее название характеристического уравнения нли уравнения состояния газа, связывает параметры р, Р и Т. Учитывая, что удельный объем о=— 1 (72) Р уравнение состояния или характеристическое уравнение можем представить в виде —" =КТ, Р (73) 260 где )г — ' удельная газовая постоянная, равная для сухого воздуха 287,1 мЧ(сек'. С) в единицах системы МКГСС; 287,1 дж!(кг. К)— в единицах СИ и системы МКС; 29,27 кр л!(кг 'С) — в единицах двух систем МКГСС и СИ.
В работе пневмоприводов возможны различные условия теплообмена между движущимся в .каналах газом и окружающей средой. При малой скорости течения и хорошем теплообмене между стенками каналов (трубопроводов) и окружающей средой процессы, протекающие в пределах элементарных объемов газа, могут быть близкими к изотермным (см. стр.
273). Последнее подтверждается опытом н теоретическими исследованиями, которые показывают, что в виду сопротивления течению газа (работа сил трения превращается в теплоту) в длинном трубопроводе процесс протекает по изотерме (Р,о, =- Р,о, = сопв1). Однако в общем случае изменение состояния газа в зависимости от продолжительности процесса и конкретных окружающих условий может протекать по различным законам, с произвольным изменением параметров Р, о и Т. При этом во всех случаях удовлетворяется уравнение состояния (71). Такими процессами являются политропные процессы, характеризуемые уравнением Рр,, = Р1Р1 = сопв1, где р, и Р, — начальное и конечное давления; о, и о, — начальный и конечный удельные объемы; и — показатель политропы.
Показатель,политропы в процессах, используемых в технике, лежит обычно в ограниченных пределах. Этими пределами являются описанные ниже частные случаи. Изотермный процесс. Этот процесс описывается равенствами Т=сопв1; я=1. Согласно закону Бойля — Мариотта, удельный объем газа обратно пропорционален его давлению Р Ра Рс Р1 Рг Э Р1 "1 = Рво, = сопв1, где р, и Р, — начальное н конечное абсолютные давления газа; о, и о, — удельный объем газа соответственно при давлениях Р, и Р;, р — плотность газа (величина, обратная удельному объему).
В описываемом процессе, который получил название изотермного, газ сжимается или расширяется при сохранении постоянной температуры. Очевидно, что подобный процесс может иметь место лишь при очень мед- ленном изменении состояния (сжатии или расширении) газа. К такому слу- чаю относится, например, процесс разрядки газогидравлического аккуму- лятора гидросистемы пресса при выдержке обрабатываемого изделия под давлением (см. рис. 94). Адиабатный процесс.
При допущении, что процесс изменения состояния газа протекает без теплообмена с окружающей средой, будем иметь Ро4 = сопв1 или — „= сопв1, Р Р где р и р — давление и плотность газа; ср Й = — Р— показатель адиабаты (для сухого воздуха й =- 1,405); ср здесь с, и сг —. удельная теплоемкость газа при постоянном давлении и постоянном объеме. Процесс, описываемый этими уравнениями, называется адиабатным. В практике процесс,.близкий к адиабатному, наблюдается при истечении газа нз резервуара через насадок илн отверстие в тонкой стенке, когда вследствие кратковременного пребывания газа в пределах насадка можно пренебречь силами трения и теплообменом с окружающей средой (со стенками канала). 261 При рассмотрении последнего процесса следует иметь в виду, что тепловая изоляция не является, строго говоря, в силу сопротивления трения при течении газа, работа которого превращается в теплоту, достаточным основанием для того„чтобы показатель политропы можно было принимать равным показателю изоэнтропы й (под изоэнтропным потоком понимают теплоизолированный поток идеального газа, в котором отсутствуют силы трения).
Последнее может быть справедливо лишь для идеального газа (нли когда можно пренебречь силами трения). Удельный объем о, давление р и абсолютная температура Т идеального газа связаны в адиабатном процессе соотношениями 1 2 2 — 1. 02 = 01(р27Р2); о, = о,(Т,/Т,) 2, 2 — 1, Р2 Р1 (0002) Р2 Р1 (Т2~ Т1) Т2 = Т1 (01/02) ' Т2 = Т1 (р2/р1) 2 — 1, 2 Политропный процесс.
Поскольку в реальных условиях при изменении состоянии газа неизбежно происходит некоторый теплообмен между газом и стенками сосуда и жидкостью, имеет место так называемое политропное изменение состояния газа, представляющее собой нечто среднее из рассмотренных предельных изменений (изотермного н адиабатного процессов). Уравнение для этого состояния, охватывающее все возможные в практике его изменения, имеет вид ро" = сопз( и ~„= сопз1, (74) 0 где Й ) и ) 1 — показатель политропы (при и = 1 имеем изотермный и при и = й — адиабатный процессы).
В соответствии с этим имеем Р1 01=Р2 1/2 1/2 Соотношения параметров в политропном процессе выражаются уравнениями для адиабаты с заменой коэффициента й на коэффициент и. Если для газовых систем, в которых используются двухатомные газы при низких давлениях (7 — !О кГ/см'), показатель полнтропы и процессов опорожнения (и заполнения) баллонов (емкостей) практически колеблется между показателями изотермного и адиабатного процессов й ) и ) 1, то в системах высокого давления (50 — 200 кГ1см2) он может превышать показатель адиабаты идеального газа й = 1,4. Так, например, для реальных газов, в том числе и для воздуха, он может достигать при температурах от +100 до — 60' С и давлении 50 — 100 кГ7си2 значения и = 2 и более [6]. Это объясняется изменением физических свойств газов в области указанных давлений и температур по сравнению со свойствами идеальных газов.
Очевидно, что неправильный выбор показателя политропы приводит к значительным ошибкам при анализе системы, при определении давлений и температур и, в частности, при опорожнении баллонов. Последнее особенно заметно при больших расширениях газа (см. стр. 265). Показатель политропы и можно определить лишь для конкретных газов и условий их сжатия, расширения и отвода теплоты (теплообмена). Скорость распространения звука. В теории течения газов важным параметром является скорость звука а, представляющая собой скорость распространения в газовой среде малых возмущений. Со скоростью распространения в газе звуковой волны связана скорость течения газа, причем скорость 262 течения газа, равная скорости звука, является границей, при переходе которой изменяются закономерности газового потока и расходные характеристики пневмосистемы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
