空气的性质和流动规律

§1 空气的性质
4.空气密度和重度的计算表达式
空气密度：
p
RT
空气重度：
p g
RT
§1 空气的性质
p g
RT
5.可压缩空气和不可压缩空气
空气的压缩性和膨胀性常用重度或密度是否变化来反映。 影响空气重度的因素：①温度；②压强
可压缩空气：重度数值变化，具有可压缩性和膨胀性
不可压缩空气：重度数值不变化，属于不可压缩空气，
1atm=760mmHg=10336 mmH2O=10336 kg/m2
1at.=10000mmH2O=1kg/cm2=9.81×104Pa =736 mmHg
§1 空气的性质
其他常用的压强单位及单位换算关系： 1兆帕（mPa）=106Pa 1千帕（KPa）=1000 Pa 1巴（bar）=105 Pa 1托（Tor）=1 mmHg=133.322 Pa
A——有效断面的断面面积,m2。
§2 空气管流的速度和风量
平均流速V的计算：
V Q A
式中
Q ——管道某断面的体积流量；
V——有效断面的平均流速；
A——有效断面的断面面积。
§2 空气管流的速度和风量
平均速度V和管道内最大气流速度Umax的关系：
V0.9umax
§2 空气管流的速度和风量
三、连续方程
1.通风管道上，任意两断面： 1-1断面。2-2断面。 空气由1断面流到2断面速度如何变化？
截 面 积 A1 空气密度 1
截 面 积 A2 空气密度 2
§2 空气管流的速度和风量
2.从1-1断面流进的空气质量流量M1：
M1=Q1ρ1= A1V1ρ1
从2-2断面流出的空气质量流量M2：
M2=Q2ρ2= A2V2ρ2
§1 空气的性质
3、重度和密度的关系： = g 4、重度的工程单位制： kg/m3
如:空气的重度 a=1.2 kg/m3
§1 空气的性质
三、温度和湿度
1、温度 a、摄氏温度t （℃） b、绝对温度T （K） 关系：T=273+ t （K）
§1 空气的性质
2、湿度
空气中水汽的含量称为空气的湿度。
空气流动的流体力学原理
主要内容：
空气的性质 空气管流的速度和风量 空气管流的静压、动压和全压 空气管流的流动阻力和能量损失
§1 空气的性质
一、空气及其组成
1.空气是一种物质。 2.空气的组成：3部分
a、干洁空气； b、水汽； c、悬浮微粒。（固态微粒、液态微粒）
-----------空气的本底物质(本底浓度)。
§1 空气的性质
3.从空气组分是否变化上 a、恒定组分：如氮气、氧气、氩气及稀有气体； b、可变组分：CO2、水汽； c、不定组分：悬浮微粒。
§1 空气的性质
二、空气的密度和重度
1.密度 单位：kg/m3；符号： 如：空气的密度： a=1.2 kg/m3 水的密度： 水=1000 kg/m3
2.重度 单位：N/m3；符号： 如：空气的重度 a=11.77 N/m3
具有液体一样的性质。
§1 空气的性质
6.通风工程上的标准空气
温度20℃，绝对压强760mmHg，相对湿度50%的空气 定义为通风工程上的标准空气：
重度γa=11.77N/m3 密度ρa=1.2kg/m3
§1 空气的性质
六、空气的压强
1.压强的表示方法 （1）绝对压强 以毫无一点空气存在的绝对真空为基准计
不可压缩空气的连续方程可变为：
V1 A2 V 2 A1
上式表明： 平均流速与断面面积成反比。 即断面积大处流速小，断面积小处流速大。
§2 空气管流的速度和风量
对于圆管道，直径为 D，
则：A D2
4
V1 A2 V2 A1
V1 V2
d
2 2
d
2 1
§2 空气管流的速度和风量
例 某 锥 形 风 管 ， 大 端 直 径 为 D1=200mm ， 气 流 速 度 V1=10m/s，小端直径为D2=160mm。计算风速V2和管道 风量Q 1（m3/s）。
空气流动原因：
力是改变物体运动状态的原因。由于气体压强的不 平衡，因而引起了空气的流动。
1.管流
空气在管道中的流动，简称为管流。
§2空气管流的速度和风量
2. 射流（出风口气流）
空气以一定的速度从管道端头、容器或管道上的条 缝、孔口等处流出，在空气中沿气流运动方向形成一股 气流，这股气流称为通风射流。
MQ （kg/s）
QM
（m3/s）
§2 空气管流的速度和风量
2.平均流速
平均流速是描述管道中空 气流速的一个特征值。
0 平均速度V
截面积A 0
§2 空气管流的速度和风量
以平均流速V 流过某有效断面的流体量Q：
QVA
0 平均速度V
式中
截面积A
Q ——管道某断面的体积流量，m3/s； 0
V——有效断面的平均流速,m/s；
§1 空气的性质
例 通风管道某断面上空气的压强为-100mmHg，空气温度 20℃，当地大气压为760mmHg。求该断面空气的重度。 解：
因为：相对压强 = 绝对压强 - 大气压， 所以，-100mmHg的绝对压强为：（760-100）mmHg。
（N/m3）
§2 空气管流的速度和风量
一、空气的流动
a、绝对湿度 单位质量或单位体积空气中所含水汽的质量即绝对湿度。 单位：kg/kg或kg/m3。 b、相对湿度： 空气中水汽的含量达到在该温度下最大值时的气体状态，
称为饱和状态。
§1 空气的性质
在一定条件下，空气的含水量趋于其饱和含水量的程度， 称为相对湿度。
§1 空气的性质
四、空气的黏滞性
1、现象：
2.膨胀性 空气因温度增加而体积增大、密度减小的特性 称为空气的膨胀性。
§1 空气的性质
3.变化规律：理想气体状态方程
式中
p——空气的绝对压强，N/m2； ρ——空气的密度，kg/m3； R——气体常数，对于空气R=287N·m/kg·K； T——绝对温度，T=273+t，K； t——空气的摄氏温度，℃。
§2 空气管流的速度和风量
3.根据质量守恒定律： M1= M2
所以有： A1V1ρ1 = A2V2ρ2 ——可压缩空气的连续方程。
§2 空气管流的速度和风量
对于不可压缩空气，密度ρ=常数，则 A1V1 = A2V2 ——不可压缩空气的连续方程。
§2 空气管流的速度和风量 A1V1 = A2V2
问题：在一倾斜面上分别到上水、油，谁流的快？
2、黏性定义
流体流动时，在流体内部质点间会产生内摩擦力来阻 止
流体的相对运动，这种性质称为黏滞性。 4.黏性的意义 空气的黏滞性是空气流动产生阻力的根本原因。
§1 空气的性质
五、空气的压缩性和膨胀性
1.压缩性 空气受到压强作用体积缩小、密度增大的特性 称为空气的压缩性。
1 N/m2=1 Pa
kg/m2 此单位即压强的工程单位制
1 kg/m2=9.81Pa
§1 空气的性质
（2）液柱高度
毫米汞柱（mmHg） 毫米水柱（mmH2O）
1 mmHg=13.6 mmH2O 1mmH2O=1 kg/m2
§1 空气的性质
（3）大气压
物理大气压（atm） 工程大气压（at.）
解：因为
V1 V2
d
2 2
d
2 1
§2 空气管流的速度和风量
V2dd1222V1126022001015.63 （m/s）
∵ Q=AV ∴ Q1 =A1V1= D 412V13.14 40.22100.31（m3/s）
3.汇流 (进风口气流)
空气由管道进口吸入时，进风口附近的空气流形成 汇流。
§2 空气管流的速度和风量
二、流量和平均流速
1.流量 单位时间内通过某有效断面的流体量称为流量。
对于空气就是风量。 表示方式：
a.体积流量（Q ）：m3/s b.质量流量（M ）：kg/s
§2 空气管流的速度和风量
关系：
算的压强。 （2）相对压强 以当地大气压为基准计算的压强。
§1 空气的性质
绝对压强、相对压强、大气压之间的关系：
相对压强 = 绝对压百度文库 - 大气压
绝对压强、相对压强和大气压之间的关系：图1-1
§1 空气的性质
2.压强的单位 （1）定义单位
N/m2 即压强的国际单位制。N/m2简称帕，符号：Pa。