2. Физические основы функционирования пневмосистем

Закон Шарля. Если замкнутый объем данной массы газа остается постоянным, то отношение абсолютного давления газа к его абсолютной температуре есть также величина постоянная; иными словами, давление газа прямо пропорционально его температуре.

Например, при нагревании газа в замкнутом объеме его давление возрастает, а при охлаждении, наоборот, падает (рис. 2.5).

V= const

Рис. 2.5. Иллюстрация закона Шарля

Газовые процессы, протекающие при постоянном объеме, называют изохорическими (изохорными).

Закон Гей-Люссака. Если абсолютное давление газа остается постоянным, то отношение объема данной массы газа к его абсолютной температуре есть также величина постоянная; иными словами, объем прямо пропорционален температуре.

Например, при нагревании газа, находящегося под постоянным давлением, его объем увеличивается, а при охлаждении — уменьшается (рис. 2.6).

р = const

Рис. 2.6. Иллюстрация закона Гей-Люссака

Газовые процессы, протекающие при постоянном давлении, называют изобарическими (изобарными) .

Поскольку параметры газа взаимосвязаны и могут изменяться в широком диапазоне значений, то количе­ства газа находящиеся в различных условиях, с целью их сравнения приводят к так называемым нормальным условиям.

Общепринятыми являются следующие параметры нормальных условий:

• физические нормальные условия: давление 1,013.10⁵ Па (1,013 бар), температура 273,15 К (0°С);

• технические нормальные условия: давление 1,013.10⁵ Па (1,013 бар), температура 293,15 К (20°С).

Примеры использования основных газовых законов в прикладных расчетах представлены в приложении II. 1.

17

z.4. Течение газа

Выше мы рассмотрели такие параметры газа, как давление, температура, плотность, удельный объем. Те­чение же газа характеризуется еще одним параметром — расходом.

2.4.1. Расход

Расход — величина, определяемая отношением массы (массовый расход) или объема (объемный расход) вещества, равномерно перемещаемого через сечение, перпендикулярное направлению скорости потока, к про­межутку времени, за который это перемещение происходит.

В технической литературе объемный расход обозначают латинской буквой Q (или Q_v). Определяется объем­ный расход соотношением

где Q — объемный расход, м³/с; V— объем, м³; t — время, с.

Если речь идет о течении газа, к примеру, по трубопроводу, то объемный расход можно также представить как произведение площади поперечного сечения трубы на среднюю по сечению скорость движения газа в ней (рис. 2.7):

Q=vS,

где v — средняя по сечению скорость потока, м/с;

S — площадь поперечного сечения трубопровода, м².

Рис. 2.7. Объемный расход

Массовый расход Q_m [кг/с], в отличие от объемного, зависит от плотности р [кг/м³] газа и определяется из соотношения

Q_m=pvs.

Нетрудно заметить, что между объемным и массовым расходами существует следующая зависимость:

В общем случае газ принято рассматривать как сжимаемую вязкую жидкость. Одновременный учет того, что газ представляет собой сжимаемую среду и что при его движении проявляется действие сил трения, значи­тельно затрудняет расчеты. Поэтому на практике во многих случаях прибегают к идеализации процессов дви­жения газа, что упрощает расчеты, не приводя при этом к большим погрешностям.

Чтобы понять суть процессов, происходящих при течении газа, будем рассматривать его как несжимаемую невязкую (идеальную) жидкость.

18