气体力学原理
大气中的空气动力学研究空气流动的力学原理
大气中的空气动力学研究空气流动的力学原理在自然界中，空气流动是一种普遍存在的现象。
了解空气流动的力学原理对于许多领域的研究和应用都至关重要，尤其是在大气科学、气象学、风洞实验等方面。
本文将从空气动力学的角度来探讨大气中空气流动的力学原理。
一、空气的物理属性空气是由气体分子组成的，具有质量、体积和惯性等物理属性。
在常温常压条件下，空气是可压缩的，其密度和压力随温度和海拔的变化而改变。
空气分子之间存在着相互作用力，如分子间的引力和排斥力，这些力对空气流动产生重要影响。
二、流体力学基本概念空气动力学研究中的基本概念包括流体、流速、压力、密度和粘性等。
流体是指可以流动的物质，包括液体和气体。
空气作为一种气体，在流动中遵循流体的基本原理。
流速表示单位时间内流体通过某一横截面的体积，通常用速度矢量来描述。
压力是指单位面积上作用的力，空气流动中压力的分布对于空气流动的方向和速度有重要影响。
密度是指单位体积内包含的质量，空气的密度随着温度和压力的变化而变化，影响了流体的惯性和流速。
粘性是指流体内部分子间摩擦产生的阻力，影响了流体的黏性和流动性。
空气的粘性对于空气流动的边界层和湍流产生有重要影响。
三、空气流动的力学原理空气流动的力学原理可由欧拉方程和纳维-斯托克斯方程来描述。
欧拉方程是描述理想流体运动的基本方程，忽略了流体的粘性。
纳维-斯托克斯方程是考虑了流体粘性的完整流体力学方程，适用于高粘性流体流动。
1. 理想流体的欧拉方程欧拉方程可以表示为：∇·u + (u·∇)u= −1/u∇u，其中u是流速矢量，u是压力，u是密度。
根据欧拉方程，流体的流速与压强梯度存在关系，即压强梯度越大，流速越快。
这一原理在气象学中解释了风的形成和变化。
2. 高粘性流体的纳维-斯托克斯方程纳维-斯托克斯方程考虑了流体的粘性效应，可以表示为：∇·u + (u·∇)u= −1/u∇u + u∇^2u，其中u是运动黏度。
气体力学原理
1 气体力学原理目前大部分冶金炉（除电炉外）热能的主要来源是靠燃烧燃料来供给的。
燃料燃烧需要供入炉内大量空气，并在炉内产生大量的炉气。
高温的炉气是传热的介质，当它将大部分热能传给被加热的物料以后就从炉内排出。
气体在炉内的流动，根据流动产生的原因不同，可分为两种：一种叫自由流动，一种叫强制流动。
自由流动是由于温度不同所引起各部分气体密度差而产生的流动；强制流动是由于外界的机械作用而引起的气体流动，如鼓风机鼓风产生的压力差。
1.1 气体的主要物理性质和气体平衡方程式1、气体的主要物理性能液体和气体，由于分子间的空隙比固体大，它们都不能保持一定的形状，因而具有固体所没有的一种性质——流动性。
液体和气体统称为流体。
由于液体和气体具有流动性，因而它们能将自身重力和所受的外力按原来的大小向各个方向传递，这是气体与液体的共同性。
气体和液体又各自具有不同的特性：⑴液体是不可压缩性流体（或称非弹性流体）；气体是可压缩性流体（或称弹性流体）。
在研究气体运动时，应注意气体的体积和密度随温度和压力的变化，此为气体区别于液体的一个显著特性。
⑵液体在流动过程中基本不受周围大气的影响；气体在流动过程中受周围大气的影响。
气体的主要物理性能如下：⑴ 气体的温度温标是指衡量温度高低的标尺，它规定了温度的起点（零点）和测量温度的单位。
目前国际上常用的温标有摄氏温标和绝对温标两种：a 、摄氏温标：在标准大气压下（760mmHg ），把纯水的冰点定为零度，沸点定为100度，在冰点与沸点之间等分为100个分格，每一格的刻度就是摄氏温度1度，用符号t 表示，其单位符号为℃。
b 、绝对温标：即热力学温标，又名开尔文温标，用符号T 表示，其单位符号为K 。
这种温标是以气体分子热运动平均动能超于零的温度为起点，定为0 K ，并以水的三相点温度为基本定点，定为273.16K ，于是1 K 就是水的三相点热力学温度16.2731。
绝对温标与摄氏温标的关系：T ＝273.15+ t K气体在运动过程中有温度变化时，气体的平均温度常取为气体的始端温度t 1和终端温度t 2的算术平均值，即：⑵气体的压力a、定义：由于气体自身的重力作用和气体内部的分子运动作用，气体内部都具有一定的对外作用力，这个力称为气体的压力。
空气动力学原理
空气动力学原理空气动力学是研究空气在固体或流体物体表面上流动的力学原理，应用于各种工程领域，如飞行器设计、汽车运动等。
在空气动力学中，涉及到了气体性质、速度场、压力分布等多个因素，影响了物体在空气中的运动和稳定性。
1. 流体介质与空气动力学空气是一种气体，是一种流体的形式。
流体是一种物质状态，在外力作用下会变形流动。
在空气动力学中，我们通常考虑空气是连续性不可压缩的流体，这有助于简化问题的分析。
流体的运动受牛顿力学定律的支配，同时还受到黏性和非黏性力的影响。
2. 马赫数和气动声速马赫数是描述物体运动速度与声速之比的无量纲数。
当物体运动速度接近声速时，会产生类似于音爆的效应，这种效应称为激波。
激波的产生会影响物体周围的流场，进而影响着物体的运动和稳定性。
3. 升力和阻力在空气动力学中，升力和阻力是两个非常重要的概念。
升力是垂直于流体运动方向的力，通常用于支持物体在空中的飞行。
而阻力则是与物体运动方向相反的阻碍力，会对物体的速度和稳定性产生影响。
4. 翼型和气动外形翼型是指通过空气动力学设计的具有特定截面形状的物体。
在飞行器设计中，翼型的选择会直接影响着飞行器的升力和阻力特性。
通过合理设计翼型和气动外形，可以提高飞行器的性能和稳定性。
5. 迎角和失速迎角是指空气动力学中流体与物体运动轨迹之间的夹角。
通过调整迎角可以改变物体所受到的升力和阻力大小。
然而，过大的迎角可能导致失速现象，使得飞行器丧失升力，造成危险。
结语空气动力学原理是现代工程领域中重要的基础理论，涉及到了流体力学、热力学等多个学科知识，并应用于飞行器、汽车等领域中。
通过深入理解空气动力学原理，可以更好地设计和改进各种工程设备，提高其性能和安全性。
气体物理知识点
气体物理知识点气体是一种物质的状态，其质量和形状可变，具有压力、温度和体积等特性。
气体物理是研究气体的一门学科，涉及到气体的行为、性质和相互关系等方面。
本文将介绍一些与气体物理相关的知识点。
一、理想气体定律理想气体定律是描述气体性质的基本定律之一，其中包括以下几个方程式：1. 理想气体状态方程：PV = nRT其中，P表示气体的压力，V表示气体的体积，n表示气体的物质量，R表示气体常数，T表示气体的温度。
该方程表明，在一定条件下，理想气体的压力和体积成正比，与温度和物质量成正比。
2. 玻意耳定律：V1/T1 = V2/T2根据玻意耳定律，如果气体的温度变化，而其压力和物质量保持不变，那么气体的体积和温度成正比。
3. 查理定律：P1/T1 = P2/T2查理定律表明，在气体的体积保持恒定的情况下，气体的压力和温度成正比。
二、气体行为1. 压力气体的压力是指气体分子对容器壁的撞击力所产生的作用。
一般来说，压力与分子数和分子速度有关。
气体的压力可以用以下公式计算：P = F/A其中，P表示气体的压力，F表示气体对单位面积的力，A表示单位面积。
2. 温度气体的温度是指气体分子的平均动能。
温度可以通过测量气体分子的平均速度或平均动能来确定。
常用的温度单位有摄氏度（℃）和开尔文（K）。
3. 体积气体的体积是指气体所占据的空间大小。
气体的体积可以通过测量容器的体积来确定。
常用的体积单位有升（L）和立方米（m³）。
三、气体相变气体在不同的温度和压力下会发生相变，包括以下几种情况：1. 融化气体从固态相变为液态的过程称为融化。
融化过程发生在气体的熔点处，通常需要吸收热量。
2. 沸腾气体从液态相变为气态的过程称为沸腾。
沸腾发生在气体的沸点处，通常需要吸收大量的热量。
3. 凝固气体从液态相变为固态的过程称为凝固。
凝固过程发生在气体的凝固点处，通常需要释放热量。
4. 升华气体从固态直接相变为气态的过程称为升华。
理论力学中的气体流动分析
理论力学中的气体流动分析气体流动是理论力学中的一个重要课题，研究气体在流动过程中的各种特性和行为，对于理解自然界中的现象和应用于工程实践都具有重要意义。
本文将从宏观和微观两个层面入手，分析气体流动的基本原理和相关理论。
一、宏观层面：连续介质假设在宏观层面上，气体被视为连续介质，即假设气体存在着无限小的体积元，并且气体各个体积元之间存在连续性。
基于这个假设，可以使用连续介质力学对气体流动进行分析。
1. 质量守恒方程在气体流动中，质量守恒是一个基本的法则。
根据质量守恒方程，气体在流动过程中质量的变化等于质量的流入与流出之差。
该方程可以表示为：∂ρ/∂t + ∇·(ρv) = 0其中，ρ是气体的密度，t是时间，v是气体的速度矢量。
这个方程描述了气体流动过程中质量守恒的基本原理。
2. 动量守恒方程除了质量守恒，动量守恒也是气体流动分析中的重要考虑因素。
根据动量守恒方程，气体在流动过程中动量的变化等于动量的流入与流出之差。
该方程可以表示为：∂(ρv)/∂t + ∇·(ρvv) = -∇p + ∇·τ + ρg其中，p是气体的压力，τ是应力张量，g是重力加速度。
这个方程描述了气体流动过程中动量守恒的基本原理。
3. 能量守恒方程能量守恒方程描述了气体在流动过程中能量的变化。
根据能量守恒方程，气体的内能、动能和流动对于能量守恒都起着重要作用。
该方程可以表示为：∂(ρe)/∂t + ∇·(ρev) = -p∇·v + ∇·(k∇T) + Q其中，e是气体的单位质量内能，k是气体的热导率，T是气体的温度，Q是单位质量气体的热源。
这个方程描述了气体流动过程中能量守恒的基本原理。
二、微观层面：分子运动理论在微观层面上，气体被视为由大量分子组成的粒子系统，通过分子运动理论可以揭示气体流动的微观机制。
1. 粒子运动根据分子运动理论，气体分子以高速无规则运动，并且分子之间存在碰撞。
气体动力学的基本原理及应用
气体动力学的基本原理及应用气体动力学是一个研究气体运动的分支学科，它在航空、宇航、化工等领域有着广泛的应用。
在气体动力学的研究中，主要关注气体在不同条件下的物理状态和运动规律，在此基础上，能够为实际应用提供可靠的理论基础。
一、气体的物理特性气体是指物质以气体形式存在的状态，其特点是无定形、无体积、可压缩、具有广泛的温度和压力范围。
气体分子间的相互作用力非常微弱，因此气体的分子很容易运动，并具有极高的热运动能量。
在常压下，气体分子的平均自由程度非常大，分子之间几乎没有碰撞。
在空气中，分子自由程度为1.5微米，而分子的大小通常只在0.1微米左右。
可以看出，气体的物理特性决定了其在不同条件下的运动会呈现出什么样的规律。
二、气体运动的基本原理气体在不同条件下的运动都可以用流体力学的方法进行分析。
它的运动状态主要受到牛顿定律和热力学定律的影响。
牛顿定律告诉我们，任何物体都会保持其原有的状态，直到外力或内力产生的效果改变它的状态。
在气体运动中，牛顿定律意味着气体的运动状态所受到的压力和阻力的平衡。
而热力学定律则告诉我们，气体的物理状态与其能量之间是存在一定关系的。
例如，当气体的温度上升时，它的压力也会相应地升高。
因此，我们能够通过气体的物理状态来推断它的运动状态，并根据物理原理进行预测和分析。
三、气体动力学的应用在航空和宇航领域，气体动力学是极为重要的一个学科。
人类对空气动力学的研究起源于早期的热气球，随着机械学、热学和应用数学的发展，飞行器的性能和结构设计得到了不断的改进。
在现代航空中，气动力学的意义体现在飞机的飞行稳定性，研发飞机的燃油效率等诸多方面。
在化工领域，气体的特性和运动规律是诸多燃烧和传输过程中的关键因素。
例如，工业炉膛中的燃烧，汽车内燃机的工作，均需要深入了解气体的特性和流动规律，以进一步优化工业生产和改进机械性能。
在船舶工程中，气体动力学主要关注大型船舶在海面上的稳定性和驾驶性能。
由于海上环境复杂多变，船舶设计过程中需要考虑到严重的风浪影响，从而提高其灵活性和安全性。
气体动力学与空气动力学分析
气体动力学与空气动力学分析气体动力学和空气动力学是研究气体在运动中的力学性质的分支学科。
气体动力学主要研究气体的压力、密度、温度等与气体运动相关的物理性质，而空气动力学则是在气体动力学的基础上研究空气流动对物体的作用力。
一、气体动力学气体动力学研究气体在运动过程中的各种性质。
在气体动力学中，压力是一个重要的参数。
当气体分子在容器内碰撞时，会产生压力。
按照理想气体状态方程P = nkT，气体压力与分子数、温度成正比，与体积无关。
气体动力学还研究气体的密度、速度和温度等参数。
密度是气体单位体积内气体分子的数量。
速度是气体分子在运动过程中的物理量，表征了分子的运动快慢。
温度是气体分子平均热运动的程度，直接影响气体分子的速度和压力。
在气体动力学的研究中，还有一个重要的概念是气体的分子速度分布。
根据玻尔兹曼分布定律，分子速度服从高斯分布，即大部分分子速度接近平均速度，只有极少数分子速度非常快或非常慢。
气体动力学的研究除了在实验室进行，还可以利用数学模型进行计算。
通过建立适当的方程，如连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程，可以模拟气体在复杂环境中的运动过程，对大气环境和天气变化进行预测。
二、空气动力学空气动力学是在气体动力学的基础上研究空气流动对物体的作用力的学科。
在空气动力学中，流体力学是一个重要的理论基础。
在空气动力学中，对流体的运动进行了系统的研究。
流体包括气体和液体，流体力学主要研究流体的静力学和动力学性质，包括速度场、压力场以及流体流动的稳定性和不稳定性。
对于空气动力学而言，空气流动对物体的作用力是非常重要的。
当一个物体在空气中运动时，空气会对其产生阻力、升力和侧向力等作用力。
阻力是空气对物体运动方向的作用力，升力是垂直于运动方向的力，侧向力则是垂直于水平平面的力。
空气动力学的研究对于飞行器的设计和优化是至关重要的。
通过分析空气动力学，可以了解飞行器在不同速度、角度和空气密度下的性能，并找到最佳的设计参数以提高飞行器的效率和稳定性。
气体力学-1-流体力学基本定律
1 m3密度为0.5kg / m3的热烟气，在重力场中 重力为4.9N， 浮力为：11.76N，是重力的2.4倍 在工程中必须重视。
第二章 气体力学
2.1 气体力学基本定义
（2-9）
第二章 气体力学
2.1 气体力学基本定义 二 、气体粘度与温度之间的关系 气体粘度与温度之间的关系：
（2-10）
第二章 气体力学
二 、气体粘度与温度之间的关系 各种气体的μ0和C 值列于下表：
气体
空气
N2 O2 CO2 CO
H2 CH4 C2H4 NH3 SO2 H2O 发生炉煤气 燃烧产物
表压＝绝对压力－大气压力 真空度（vacuum）：当被测流体的绝对压力小于大气 压时，其低于大气压的数值，即：
真空度＝大气压力－绝对压力 注意：此处的大气压力均应指当地大气压。在本章中如不 加说明时均可按标准大气压计算。
表 压
绝
对
压
力
大 气
压
（a）
测定压力
当时当地大气压 （表压为零）
零压面
真 空 度 绝对压力
气体的位压能—单位体积气体对某一基准面作功的本领。由于气体受地 心引力作用，表现为垂直向下作功的能力，因此距基准面愈高，位压能愈 大。
位压头：气体的位压能与周围同高度空气的位压能的差值叫做该气体的 相对位压能，称为位压头，用h位表示。
第二章 气体力学
2.1 气体力学基本定义 四、气体力学基本定律 3、静力学基本方程式
2.1 气体力学基本定义
一、气体的主要特征
当气体质量m为1Kg，理想气体温度、压强、比容或密度
气体力学-1-流体力学基本定律
－ － －
第二章 气体力学
2.1 气体力学基本定义 三、气体所受的浮力
在液体计算中，极少考虑大气浮力的影响，而对于 窑炉中所存在的热气体进行计算时，这种忽略将会造成 严重的错误。
动压头的损失则可由其它压头来补充因此它们之间的转换可概括为hs6两气体柏努利方程式c压头转换例题如图所示倒焰窑高32m窑内烟气温度为1200c烟气标态密度外界空气温度为20c空气标态密度面的静压头为0pa一17pa一30pa时不计流体流动阻力损失求在三种情况下窑顶以下空间静压头几何压头分布情况
第二章 气体力学
测定压力
（b）
图 绝对压力、表压和真空度的关系 （a）测定压力>大气压（b）测定压力<大气压
静压强的概念：
1、流体处于静止状态时，质点间无相对运动，故不存在粘滞力，但存 在压力和重力作用，流体静止时产生的压力称为静压力。
如果在一个盛满水的水箱侧壁上开一个孔口，水立即会从孔口喷射 出来。这个现象说明静止的流体中有压力，这个压力是流体的静压力。
功能力。
第二章 气体力学
2.1 气体力学基本定义
四、气体力学基本定律 2、气体的位能、位压能、位压头
位能：将一物体垂直向上移动某一高度后，这一物体就具有了位能。 位能=V气γ气Z （公斤米, J）
位压能:单位体积(1米3)的气体具有的位能。 位压能=气体位能/气体体积= V气γ气Z / V气= Z γ气 =ρ气gZ
2.1 气体力学基本定义 一、气体的主要特征 1、理想气体的状态方程
PV=nRT=(m/M ) RT （2—1） 式中：P—气体的压强，N/m2；
气体动力学基础
气体动力学基础气体动力学是研究气体运动规律以及与其他物体之间相互作用的学科。
它的研究对象包括气体的压力、体积、温度和分子速度等特性，以及这些特性之间的相互关系。
本文将介绍气体动力学的基础概念、理论模型和重要定律。
一、气体分子模型气体分子模型是气体动力学研究的基础，它假设气体是由大量极小的分子组成的。
这些分子之间几乎没有相互作用力，它们以高速不规则运动，并且具有各向同性的特性。
二、理想气体状态方程理想气体状态方程是描述气体状态的基本定律之一。
根据理想气体状态方程，气体的压力（P）、体积（V）和温度（T）之间存在着下列关系：P * V = n * R * T其中，n代表气体的摩尔数，R代表气体常数。
这个方程表明，在一定温度和摩尔数的条件下，气体的压力和体积成反比，而与气体的物理性质（例如分子大小和形状）无关。
三、气体的压强气体分子在容器壁上会产生压力，这种压力被称为气体的压强。
根据气体分子的运动特性，我们可以得到气体的压强与分子速度和撞击频率之间的关系。
通常情况下，气体的压强与气体分子的速度平方成正比。
四、气体的温度气体的温度是指气体分子的平均动能。
根据气体分子模型，气体分子的速度与其温度之间呈正相关关系。
在绝对温标上，温度与气体分子的平均动能之间存在着线性关系。
五、气体的体积气体的体积是气体占据的空间大小。
根据观察和实验结果，气体的体积与其分子数量和分子碰撞的频率有关。
当温度不变时，气体的体积与其压强成反比。
六、亚音速和超音速流动亚音速流动是指气体在流动过程中，流速小于音速的情况。
这种流动模式下，气体能够传递信息，且压力和温度分布相对均匀。
超音速流动则是指气体的流速大于音速。
在超音速流动中，气体的压力和温度存在明显的不均匀分布。
七、伯努利定理根据伯努利定理，沿着气体流动的方向，气体的总能量保持不变。
这意味着当气体流速增大时，气体的压强会降低，从而产生较低的静压力。
八、霍金定理霍金定理是描述亚音速气体流动的基本原理。
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1 气体力学原理目前大部分冶金炉(除电炉外)热能的主要来源就是靠燃烧燃料来供给的。
燃料燃烧需要供入炉内大量空气,并在炉内产生大量的炉气。
高温的炉气就是传热的介质,当它将大部分热能传给被加热的物料以后就从炉内排出。
气体在炉内的流动,根据流动产生的原因不同,可分为两种:一种叫自由流动,一种叫强制流动。
自由流动就是由于温度不同所引起各部分气体密度差而产生的流动;强制流动就是由于外界的机械作用而引起的气体流动,如鼓风机鼓风产生的压力差。
1、1 气体的主要物理性质与气体平衡方程式1、气体的主要物理性能液体与气体,由于分子间的空隙比固体大,它们都不能保持一定的形状,因而具有固体所没有的一种性质——流动性。
液体与气体统称为流体。
由于液体与气体具有流动性,因而它们能将自身重力与所受的外力按原来的大小向各个方向传递,这就是气体与液体的共同性。
气体与液体又各自具有不同的特性:⑴液体就是不可压缩性流体(或称非弹性流体);气体就是可压缩性流体(或称弹性流体)。
在研究气体运动时,应注意气体的体积与密度随温度与压力的变化,此为气体区别于液体的一个显著特性。
⑵液体在流动过程中基本不受周围大气的影响;气体在流动过程中受周围大气的影响。
气体的主要物理性能如下:⑴ 气体的温度温标就是指衡量温度高低的标尺,它规定了温度的起点(零点)与测量温度的单位。
目前国际上常用的温标有摄氏温标与绝对温标两种:a 、摄氏温标:在标准大气压下(760mmHg),把纯水的冰点定为零度,沸点定为100度,在冰点与沸点之间等分为100个分格,每一格的刻度就就是摄氏温度1度,用符号t 表示,其单位符号为℃。
b 、绝对温标:即热力学温标,又名开尔文温标,用符号T 表示,其单位符号为K 。
这种温标就是以气体分子热运动平均动能超于零的温度为起点,定为0 K,并以水的三相点温度为基本定点,定为273、16K,于就是1 K 就就是水的三相点热力学温度16.2731。
绝对温标与摄氏温标的关系:T ＝273、15+ t K气体在运动过程中有温度变化时,气体的平均温度常取为气体的始端温度t 1与终端温度t 2的算术平均值,即:⑵气体的压力a、定义: 由于气体自身的重力作用与气体内部的分子运动作用,气体内部都具有一定的对外作用力,这个力称为气体的压力。
气体压力就是气体的一种内力,它就是表示气体对外作用力大小的一个物理参数。
b、压力的单位在工程单位制即米制中,气体的压力大小有以下三种表示方法: ①以单位面积上所受的作用力来表示,例如:公斤/cm2(kgf/cm2)或公斤/m2(kgf/m2)。
②用液柱高度来表示:例如米水柱(mH2O)、毫米水柱(mmH2O)与毫米汞柱(mmHg)。
③用大气压来表示:大气重量对地球表面上所造成的压力称为大气压力,常用单位就是mmHg。
大气压力的数值随着所在地区海拔高度的升高而降低。
国际上规定:将纬度45°海平面上测得的全年平均大气压力760mmHg定为一个标准大气压,或者称为物理大气压,它与其它压力单位的换算关系就是:1标准大气压(atm)=760mmHg=1、0332 kgf/cm2=10332 kgf/m2=10332mmH2O工程上为了计算方便,规定1 kgf/cm2作为一个工程大气压,简称气压(at),则:1工程大气压(at)＝1 kgf/cm2=10000 kgf/m2=10 mH2O=10000 mmH2O=735、6mmHg由此可得l mmH2O=1 kgf/m2l mmHg =13、6 mmH2O在国际单位制中,压力的单位就是帕斯卡,简称帕,其代号为Pa。
l 帕斯卡就是指1 m2表面上作用1牛顿(N)的力,即:1Pa=l N/m21kPa=1000 N/m21MPa=106 N/m2米制与国际单位制压力换算关系如下:1标准大气压=1、0332 kgf/cm2=101325Pa=101、325kPa=0、101325MPa1工程大气压=l、0 kgf/cm2=98060Pa=98、066kPa=0、098066MPa1mH2O =9806、6Pa=9、8066kPa1mmH2O=9、8086Pa≈9、81 Pac、气体的压力与温度的关系当一定质量的气体其体积保持不变(即等容过程)时,气体的压力随温度呈直线变化,即:P t = P o(l+βt)式中:P t、P o——分别为t℃与0℃时气体的压力;β——体积不变时气体的压力温度系数。
根据实验测定,一切气体的压力温度系数都近似地等于2731。
d 、绝对压力与表压力气体的压力有绝对压力与表压力两种表示方法。
以真空为起点所计算的气体压力称为绝对压力,通常以符号绝P 表示。
设备内气体的绝对压力与设备外相同高度的实际大气压的差称为气体的表压力,常以符号表P 表示。
表压力与绝对压力的关系为: 绝P ＝表P —大气P式中:绝P ——设备内气体的绝对压力;大气P ——设备外同高度的实际大气压;表P ——设备内气体的表压力。
⑴当气体的表压为正值时,称此气体的表压为正压;⑵当气体的表压为负值时,称此气体的表压为负压,负压那部分的数值,称为真空度;⑶当气体的表压为零值时,称此气体的表压为零压。
具有零压的面常称为零压面。
1、气体的主要物理性能⑶ 气体的体积气体的体积就是表示气体所占据的空间大小的物理参数。
每千克气体具有的体积称为气体的比容,用符号ν表示,单位就是m3/kg。
a、气体体积与温度关系l千克质量的气体,在恒压条件下,其体积与其绝对温度成正比,即:式中:T o——0℃时气体的绝对温度,K;T t——t℃时气体的绝对温度,K;νo——标准状态下1千克气体的体积,m3;νt——压力为101325Pa温度为t℃时1千克气体的体积,m3。
设V代表m千克质量气体的体积,上式两端同乘以m,则可得:当压力不变时,气体的体积随温度升高而增大,随温度降低而减小。
为了计算方便,上式常写成:式中2731常用符号β表示,称为气体的温度膨胀系数。
∴m3b、气体体积与压力的关系l千克质量的气体,在恒温条件下,其体积与其绝对压力成反比,即式中:P1、P2、……P——相同温度下气体的各绝对压力,Pa或N/m2;v1、v2、……v——各相应压力下气体的比容,m3/kg。
同理对m千克质量气体可得:式中:V1、V2、……V——各相应压力下m千克气体的体积,m3。
结论:气体的体积或比容随气体压力的增大而降低,随气体压力的降低而增大。
c、气体的状态方程式表明气体的温度、压力、体积的综合关系式称为气体的状态方程式。
对于1千克理想气体的状态方程式为式中:T1、T2、……T——气体的各绝对温度,K;P1、P2、……P——气体的各绝对压力,N/m2;v1、v2、……v——气体在各相应温度与相应压力下的比容,m3/kg;R——气体常数,J/kg·K。
R的物理意义:1千克质量的气体在定压下,加热升高lK时所做的膨胀功。
如果气体的质量不就是l千克而就是m千克,则可得到适用于m 千克气体的状态方程式:当已知P、V、T三个参数时,可按下式计算出气体的质量m:对于1kmo1的气体,可以写出它的状态方程式,即在气体状态方程式各项分别乘以M:MR称为通用气体常数(或摩尔气体常数),对于所有理想气体,其数值都等于8314。
(4) 气体的密度单位体积气体具有的质量称为气体的密度,用符号ρ表示,单位就是kg/m3。
单位质量的气体所占有的体积称为气体的比容,用符号ν表示,单位就是m3/kg。
比容与密度互为倒数,即冶金生产中常见的气体(如煤气、炉气等)都就是由几种简单气体组成的混合气体。
混合气体在标准状态下的密度可用下式计算:式中:ρ1、ρ2、……ρn——各组成物在标准态下的密度,Kg/m3;a1、a2、……a n——各组成物在混合气体中的百分数,%。
a、气体密度随温度的变化在标准大气压时,气体在t℃下的质量与体积分别为m与V t时,则在t℃下气体的密度为:kg/m3各种热气体的密度都小于常温下大气的密度,亦即设备内的热气体都轻于设备外的大气。
b、气体密度随压力的变化在恒温条件下的气体密度与气体绝对压力的关系式:式中:ρ1、ρ2、……ρ——在各相应压力下的气体密度, kg/m3。
c、气体密度随气体温度与压力的变化气体密度随温度与压力的变化关系式为:式中:ρ1、ρ2、……ρ——在各相应压力与各相应温度下的气体密度, kg/m3。
气体密度随气体压力而变化的特性称为气体的可压缩性。
对于可压缩性气体而言,气体密度同时随气体温度与气体压力按下式的关系而变化。
(5) 气体的重度单位体积气体具有的重量称为气体的重度,用符号γ表示,单位就是N/m3。
当气体重量为G牛顿,在标准状态下的体积为V o米m3时,则此气体在标准状态下的重度γo为:当重力加速度g＝9、8m/s时,气体的重量G(N)与气体的质量m(kg/m3)间存在如下的关系:G=mg N气体在标准状态下密度与重度的关系为气体的重度也随气体的温度与气体的压力而变。
1、1、2 阿基米德原理对固体与液体而言,阿基米德原理的内容可表达如下:固体在液体中所受的浮力,等于所排开同体积该液体的重量。
此原理同样亦适用于气体。
设有一个倒置的容器,如图1—3所示,高为H,截面积为f,容器内盛满热气(密度为ρ),四周皆为冷空气(密度为ρ′),热气的重量为:G 气=Hfgρ同体积空气的重量为:热气在空气中的重力应为:G 气-G 空∵ρ小于ρ′,∴热气在空气中的重力必就是负值, 也就就是说热气在冷气中实际上具有一种上升力。
若上式之两边各除以f,则单位面积上的气柱所具有的上升力可写成下面的形式:上式说明, 单位面积上气柱所具有的上升力决定于气柱之高度与冷、热气体的密度差。
1、1、3 气体平衡方程式气体平衡方程式就是研究静止气体的压力变化规律的方程式。
自然界内不存在绝对静止的气体。
但就是可认为某些气体(如大气、煤气罐内的煤气、炉内非流动方向上的气体等)就是处于相对静止状态。
下面分析相对静止气体的压力变化规律。
l 、气体绝对压力的变化规律如图1—4所示,在静止的大气中取一个底面积为f 平方米、高度ρ空'=Hfg G为H米的长方体气柱。
如果气体处于静止状态,则此气柱的水平方向与垂直方向的力都应该分别处于平衡状态。
在水平方向上,气柱只受到其外部大气的压力作用,气柱在同一水平面上受到的就是大小相等,方向相反的压力。
这些互相抵消的压力使气柱在水平方向上保持力的平衡而处于静止状态。
在垂直方向上,气柱受到三个力的作用:(1)向上的I面处大气的总压力P1 f,N;(2)向下的Ⅱ面处大气的总压力P2f,N;(3)向下的气柱总重量G=Hfgρ,N。
气体静止时,这些力应保持平衡,即P1f = P2f + Hfgρ当f=lm2时,则得P1= P2+ Hgρ (1)式中:P1——气体下部的绝对压力,Pa;P2——气体上部的绝对压力,Pa;H——P1面与P2面间的高度差,m;ρ——气体的密度, kg/m3;g——重力加速度,9、81 m/s2。