Chapter 1 流体力学基础 1.1 工作介质 1.2 流体静力学 1.3 流体运动学和流体动力学 1.4 气体状态方程

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1 Chapter 1 流体力学基础 1.1 工作介质 1.2 流体静力学 1.3 流体运动学和流体动力学 1.4 气体状态方程
本章主要内容： 1.1 工作介质 1.2 流体静力学 1.3 流体运动学和流体动力学 1.4 气体状态方程 1.5 充、放气参数计算 1.6 管道流动 1.7 孔口流动 1.8 缝隙流动 1.9 瞬变流动

2 目的任务: 重点难点: 了解与液压及气动技术有关的流体力学基本内容 流体经过薄壁小孔、短孔、细长孔等小孔的流动情况，相应的流量公式
流体经过各种缝隙的流动特性及其流量公式 液压冲击和气穴现象及其减小措施

3 Part 1.1 工作介质 工作介质：在传动及控制中起传递能量和信号的作用。
流体传动及控制（包括液压与气动），在工作、性能特点上和机械、电气传动之间的差异主要取决于载体的不同，前者采用工作介质。因此，掌握液压与气动技术之前，必须先对其工作介质有一清晰的了解 。

4 Part 1.1.1 液压传动介质 1. 基本要求与种类 液压传动及控制所用的工作介质为液压油液或其他合成液体，其应具备的功能如下 ：
1）传动 把由液压泵所赋予的能量传递给执行元件； 2）润滑 润滑液压泵、液压阀、液压执行元件等运动件 ； 3）冷却 吸收并带出液压装置所产生的热量 ； 4）去污 带走工作中产生的磨粒和来自外界的污染物 ； 5）防锈 防止液压元件所用各种金属的锈蚀 。

5 为使液压系统长期保持正常的工作性能，对其工作介质提出的要求是：
1）可压缩性 可压缩性尽可能小，响应性好； 2）粘性 温度及压力对粘度影响小，具有适当的粘度，粘温特性好； 3）润滑性 通用性对液压元件滑动部位充分润滑 ； 4）安定性 不因热、氧化或水解而变质，剪切稳定性好，使用寿命长； 5）防锈和抗腐蚀性 对铁及非铁金属的锈蚀性小 ； 6）抗泡沫性 介质中的气泡容易逸出并消除 ；

6 为使液压系统长期保持正常的工作性能，对其工作介质提出的要求还有：
7）抗乳化性 除含水液压液外的油液，油水分离要容易 ； 8）洁净性 质地要纯净，尽可能不含污染物，当污染物从外部侵入时能迅速分离； 9）相容性 对金属、密封件、橡胶软管、涂料等有良好的相容性 ； 10）阻燃性 燃点高，挥发性小，最好具有阻燃性； 11）其他 对工作介质的其他要求还有；无毒性和臭味；比热容和热导率要大；体胀系数要小等 。

7 能够同时满足上述各项要求的理想的工作介质是不存在的。液压系统中使用的工作介质按国际标准组织（ISO）的分类（我国国家标准GB/T7631
表1-1 液压传动工作介质的种类 工 作 介 质 类 别 组成与特性 代 号 石油基液压液 无添加剂的石油基液压液 HH+抗氧化剂、防锈剂 HL+抗磨剂 HL+增粘剂 HM+增粘剂 HM+防爬剂 无特定难燃性的合成液（特殊性能） L－HH L－HL L－HM L－HR L－HV L－HG L－HS 难燃液压液 含水液压液 高含水液压液 水包油乳化液 水的化学溶液 含水大于 80%（休积分数） L－HFA L－HFAE L－HFAS 油包水乳化液 含水小于 80%（体积分数） L－HFB 含聚合物水溶液/水－乙二醇液 L－HFC 合成液压液 磷酸酯无水合成液 L－HFD L－HFDR 氯化烃无水合成液 L－HFDS HFDR和HFDS液混合的无水合成液 L－HFDT 其他成分的无水合成液 L－HFDU

8 目前90%以上的液压设备采用石油基液压油液。基油为精制的石油润滑油馏分。为了改善液压油液的性能，以满足液压设备的不同要求，往往在基油中加入各种添加剂。添加剂有两类：一类是改善油液化学性能的，如抗氧化剂、防腐剂、防锈剂等；另一类是改善油液物理性能的，如增粘剂、抗磨剂、防爬剂等 。 为了军事目的，近年来在某些舰船液压系统中，也有以海水或淡水为工作介质的。而且正在逐渐向水下作业、河道工程、海洋开发等领域延伸。

9 另外，电流变流体（简称ERF）在英国、美国、日本、中国等国家都在进行研究。ERF是在绝缘的连续相液体介质中加入精细的固体颗泣而形成的悬浊液。液体介质是不导电的油，如矿物油、硅（氧）油或石蜡油等。而悬浮在油中的颗粒为尺寸在1~100μm的不导电的元件和有机材料。粒子占流体总体积的10%~40%。ERF在外加静电场作用下其性质会发生迅速变化。 当施加一电压时，液体便固化；当电压取消后，又立即恢复其液体状态。使用ERF的优点是：整个系统只需很少或根本没有运动部件，因此可降低零部件制造精度，延长使用寿命，实现寂静系统；并且能具有与电系统相匹配的响应速度，在被动系统中引入主动性能以及实现电控下的无级调速。因此，ERF的应用前景十分看好 。

10 （1-1） 2. 物理性质 密度 单位体积液体所具有的质量称为该液体的密度 。即： 式中 ρ — 液体的密度； V — 液体的体积；
式中 ρ — 液体的密度； V — 液体的体积； m — 液体的质量 。

11 常用液压传动工作介质的密度值见表1-2 液体的密度随着压力或温度的变化而发生变化，但其变化量一般很小，在工程计算中可以忽略不计 。
表1-2 常用液压传动工作介质的密度（20℃） 工作介质 密度ρ/（kg·m－3） 抗磨液压液L－HM32 抗磨液压液L－HM46 油包水乳化液L－HFB 水包油乳化液L－HFAE 0.8×103 0.8875×103 0.932×103 0.9977×103 水－乙二醇液压液L－HFC 通用磷酸脂液压液L－HFDR 飞机用磷酸酯液压液L－HFDR 10号航空液压油 1.06×103 1.15×103 1.05×103 0. 85×103 液体的密度随着压力或温度的变化而发生变化，但其变化量一般很小，在工程计算中可以忽略不计 。

12 可压缩性 液体因所受压力增高而发生体积缩小的性质称为可压缩性。若压力为p0时液体的体积为V0，当压力增加Δp，液体的体积减小ΔV，则液体在单位压力变化下的体积相对变化量为： （1-2） 式中，k 称为液体的压缩率。由于压力增加时液体的体积减小，两者变化方向相反，为使k 成为正值，在上式右边须加一负号 。 液体压缩率k的倒数，称为液体体积模量，即 （1-3）

13 表1-3 各种工作介质的体积模量（20℃，大气压）
表1-3所示为各种工作介质的体积模量。由表中石油基液压油体积模量的数量可知，它的可压缩性是钢的100~170倍（钢的弹性模量为2.1×105MPa） 。 表1-3 各种工作介质的体积模量（20℃，大气压） 工作介质 体积模量K/MPa 石油基液压油 水包油乳化液 油包水乳化液 （1.4~2）×103 1.95×103 2.3×103 水－乙二醇液压液 磷酸酯液压液 3.45×103 2.65×103 一般情况下，工作介质的可压缩性对液压系统性能影响不大，但在高压下或研究系统动态性能及计算远距离操纵的液压机构时，则必须予以考虑 。

14 School of Mechanical Engineering
石油基液压油的体积模量与温度、压力有关：温度升高时，K值减小，在液压油正常工作温度范围内，K值会有5%~25%的变化；压力增加时，K值增大，但这种变化不呈线性关系，当p≥3MPa时，K值基本上不再增加 。 由于空气的可压缩性很大，因此当工作介质中有游离气泡时，K值将大大减小，且起始压力的影响明显增大。但是在液体内游离气泡不可能完全避免，因此，一般建议石油基液压油K的取值为（0.7~1.4）×103MPa，且应采取措施尽量减少液压系统工作介质中的游离空气的含量 。 School of Mechanical Engineering

15 粘性 1）粘性的表现 液体在外力作用下流动时，分子间内聚力的存在使其流动受到牵制从而沿其界面产生内摩擦力，这一特性称为液体的粘性 。
1）粘性的表现 液体在外力作用下流动时，分子间内聚力的存在使其流动受到牵制从而沿其界面产生内摩擦力，这一特性称为液体的粘性 。 现以图1-1为例说明液体的粘性。若距离为h的两平行平板间充满液体，下平板固定，而上平板以速度u0向右平动由于液体和固体壁面间的附着力及液体的粘性，会使流动液体内部各液层的速度大小不等：紧靠着下平板的液层速度为零，紧靠着上平板的液层速度为u0 ， h y dy u0 x O 图1-1 液体粘性示意图

16 （1-4） （1-5） 实验测定表明，流动液体相邻液层间的内摩擦力Ff与液层接触面积A、液层间的速度梯度du/dy成正比， 即：
式中，比例系数μ称为粘性系数或动力粘度 。 若以τ 表示液层间的切应力，即单位面上的内摩擦力，则上式可表示为： （1-5） 这就是牛顿液体内摩擦定律 。

17 （1-6） 2）粘性的度量 度量粘性大小的物理量称为粘度。常用的粘度 有三种，即动力粘度、运动粘度、相对粘度 。
2）粘性的度量 度量粘性大小的物理量称为粘度。常用的粘度 有三种，即动力粘度、运动粘度、相对粘度 。 动力粘度μ 由式（1-5）可知，动力粘度μ是表征流动液体 内摩擦力大小的粘性系数。其量值等于液体在以单位速度梯度流 动时，单位面积上的内摩擦力， （1-6） 在我国法定计量单位制及SI制中， 动力粘度μ的单位是Pa·s（帕·秒）或用N·s/m2（牛·秒/米2）表示 。 如果动力粘度只与液体种类有关而与速度梯度无关，这种液体称为 牛顿液体，否则为非牛顿液体。石油基液压油一般为牛顿液体。

18 （1-7） 运动粘度v 液体动力粘度与其密度之比称为该液体的运动粘 度v， 即
在我国法定计量单位制及SI制中，运动粘度v的单位是m2/s（米2/秒）。因其中只有长度和时间的量纲，故得名为运动粘度。国际标准ISO按运动粘度值对油液的粘度等级（VG）进行划分，见表1-4 。 表1-4 常用液压油运动粘度等级 粘度等级 40℃时粘度 平均值 范围 VG10 VG15 VG22 VG32 10 15 22 32 9.00~11.0 13.5~16. 5 19.8~24.2 28.8~35.2 VG46 VG68 VG100 46 68 100 41.4~50.6 61.2~74.8 90.0~110

19 相对粘度 相对粘度是根据特定测量条件制定的，故又称条件
粘度。测量条件不同，采用的相对粘度单位也不同。如恩氏粘度 ˚E（欧洲一些国家）、通用塞氏秒SUS（美国、英国）、商用雷 氏秒R1S（英、美等国）和巴氏度˚B（法国）等 。 国际标准化组织ISO已规定统一采用运动粘度来表示油的粘度。

20 3）温度对粘度的影响 温度变化使液体内聚力发生变化，因此液体的粘度对温度的变化十分敏感：温度升高，粘度下降（见图1-2（见教材P12））。这一特性称为液体的粘－温特性。粘－温特性常用粘度指数VI来度量。VI表示该液体的粘度随温度变化的程度与标准液的粘度变化程度之比。通常在各种工作介质的质量指标中都给出粘度指数。粘度指数高，说明粘度随温度变化小，其粘－温特性好 。 一般要求工作介质的粘度指数应在90以上，优异在100以上。当液压系统的工作温度范围较大时，应选用粘度指数高的介质。

21 几种典型工作介质的粘度指数列于表1-5 。 表1-5 典型工作介质的粘度指数VI 介质种类 粘度指数VI 石油基液压油L－HM
石油基液压油L－HR 石油琪液压油L－HG ≥95 ≥160 ≥90 油包水乳化液L－HFB 水－乙二醇液L－HFC 磷酸酯液L－HFDR 130~170 140~170 －31~170

22 4）压力对粘度的影响 压力增大时，液体分子间距离缩小，内聚力增加，粘度也会有所变大。但是这种影响在低压时并不明显，可以忽略不计；当压力大于50MPa时，其影响才趋于显著。压力对粘度的影响可用下式计算 ： vp=vaecp≈va(1+cp) （1-8） 式中 p—液体的压力，单位为MPa； vp—压力为p时液体的运动粘度，单位为m2/s； va—大气压力下液体的运动粘度，单位为m2/s； e —自然对数的底； c —系数，对于石油基液压油，c =0.015~0.035MPa-1

23 5）气泡对粘度的影响 液体中混入直径为0.25~0.5mm悬浮状态气泡时，对液体的粘度有一定影响，其值可按下式计算：
vb=v0( b) （1-9） 式中 b—混入空气的体积分数； vb—混入b空气时液体的运动粘度，单位为m2/s； v0 —不含空气时液体的运动粘度，单位为m2/s 。

24 Part 选用和维护 正确而合理地选用和维护工作介质对于液压系统达到设计要求、保障工作能力、满足环境条件、延长使用寿命、提高运行可靠性、防止事故发生等方面都有重要影响 。

25 1. 工作介质的选择 工作介质的选择包含两个方面：品种和粘度。选择工作介质时要考虑的因素如表1-6所示 。
表1-6 选择工作介质时考虑的因素 考虑方面 内 容 系统工作环境 是否阻燃（闪点、燃点） 抑制嗓声的能力（空气溶解度、消泡性） 废液再生处理及环保要求 系统工作条件 压力范围（润滑性、承载能力） 温度范围（粘度、粘－温特性、剪切损失、热稳定性、挥发度、低温流动性） 转速（气蚀、对支承面浸润能力） 工作介质的品质 物理化学指标 对金属和密封件等的相容性 过滤性能、吸气情况、去垢能力 锈蚀性 抗氧化稳定性 剪切稳定性 经济性 价格及使用寿命 货源情况 维护、更换的难易程度

26 工作介质的选择通常要经历下述四个基本步骤：
1）列出液压系统对工作介质以下性能变化范围的要求：粘度、密度、体积模量、饱和蒸气压、空气溶解度、温度界限、压力界限、阻燃性、润滑性、相容性、污染性等； 2）查阅产品说明书，选出符合或基本符合上述各项要求的工作介质品种 ； 3）进行综合权衡，调整各方面的要求和参数； 4）与供货厂商联系，最终决定所采用的合适工作介质。 表1-7（见教材P14）示出各种工作介质的性能比较和应用范围，可供选择工作介质的品种时参考 。

27 在液压系统所有元件中，液压泵的工作条件最为严峻，不但压力高、转速高和温度高，而且工作介质在被液压泵吸入和由液压泵压出时要受到剪切作用，所以一般根据液压泵的要求来确定介质的粘度。表1-8（见教材P15）给出了各种液压泵用油的粘度范围及推荐牌号 。 此外，选择工作介质的粘度时，还应考虑环境温度、系统工作压力、执行元件运动类型和速度以及泄漏等因素：当环境温度高、压力高，往复运动速度低或旋转运动时，或泄漏量大，而运动速度不高时宜有用粘度较高的工作介质，以减少系统泄漏；当环境温度低、压力低，往复运动或旋转运动速度高时，宜采用粘度低的工作介质，以减少液流功率损失 。

28 2. 工作介质的使用和维护 选择好合适的工作介质仅是保障液压系统正常工作的先决条件，而要保持液压装置长期高效而可靠地运动，则必须对工作介质进行合理的使用和正确的维护。实际上，如果使用不当，还会使工作介质的性质发生变化。 工作介质的维护关键是控制污染。实践证明，工作介质被污染是系统发生故障的主要原因，它严重影响着液压系统的可靠性及元件的寿命 。

29 1）污染物种类及其危害 液压系统中的污染物，是指混入工作介质中的各种杂物，如固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物和污染能量等。工作介质被污染后，将对系统及元件产生下述不良后果 ：
固体颗粒会加速元件磨损，堵塞缝隙及过滤器，使液压泵和阀 性能下降，产生噪声； 水侵入液压油会加速油液的氧化，并与添加剂起作用产生粘性 胶质，使滤心堵塞 ； 空气的混入会降低工作介质的体积模量，引起气蚀，降低润滑 性 ； 溶剂、表面活性化合物等化学物质使金属腐蚀 ； 微生物的生成使工作介质变质，降低润滑性能，加速元件腐 蚀，对高水基液压液的危险更大。

30 2）污染原因 工作介质遭受污染的原因是多方面的，污染物的来源如表1-9所示。表中液压装置组装时残留下来的污染物主要是指切屑、毛刺、型砂、磨粒、焊渣、铁锈等；从周围环境混入的污染物主要是指空气、尘埃、水滴等；在工作过程中产生的污染物主要是指金属微粒、锈斑、涂料和密封件的剥离片、水分、气泡以及工作介质变质后的胶状生成物等 。 表1-9 工作介质中的污染物 外界侵入的污染物 工作过程中产生的污染物 工作介质运输 过程中带来的 污染物 液压装置组装 时残留下来的 从周围环境 混入的污染 物 液压装置中相对 运动件磨损时产 的污染物 工作介质物理化学 性能变化时产生的

31 3）污染度等级 工作介质的污染度是指单位体积工作介质中固体颗粒污染物的含量，即工作介质中所含固体颗粒的浓度。为了定量地描述和评定工作介质的污染程度，以便对它实施控制，有必要制定污染度的等级标准 。
国际标准ISO4406：1987污染度等级见表1-10（见教材P16）。该等级采用两个数码表示工作介质中固体颗粒的污染度，前面的数码代表1mL工作介质中尺寸≥5μm的颗粒数等级，后面的数码代表1mL工作介质中尺寸≥15μm的颗粒数等级，在两个数码之间用一斜线分离。例如，污染等级为20/17的液压油，表示它在每毫升内≥5μm的颗粒数在5000~10000之间，≥15μm的颗粒数在640~1300之间 。

32 由表1-10可知，ISO4406：1987规定的污染度根据颗粒浓度的大小共分为26个等级数码，颗粒浓度愈大，代表等级的数码愈大。
我国国家标准GB/T 《液压系统工作介质固体颗粒污染等级代号》与国际标准ISO4406：1987等效 。 为适应工作介质污染控制技术的不断进步，1999年国际标准化组织对ISO4406：1987标准作了重大修改。ISO4406：1999与原来标准的主要区别如下 ： 删除原来的0.9等级数码，增加25、26、27、28和＞28等5个 等级数码。各个等级的颗粒浓度范围不变。25等级以上的颗粒浓 度用外推法确定 ； 对于按ISO 11171校准的自动颗粒计数器计数器计数，用 ≥4μm、≥6μm和≥14 μm三个尺寸范围的颗粒浓度等级数码表 示油液的污染度 。

33 4）工作介质的污染控制 为了有效地控制液压系统的污染，以保证液压系统的工作可靠性和元件的使用寿命，需要制定必须的管理规范和实施细则。表1-11和表1-12（见教材P17）为我国制定的典型液压元件和液压系统清洁度等级。 表1-11 典型液压无件清洁度等级 液压元件类型 优等品 一等品 合格品 各种类型液压泵 一般液压阀 伺服阀 比例控制阀 液压马达 16/13 13/10 14/11 18/15 15/12 19/16 液压缸 摆动液压缸 蓄能器 过滤器壳体 17/14 20/17

34 常用的控制工作介质污染的措施有 ： 严格清洗元件和系统。液压元件在加工的每道工序后都应净 化，装配后再仔细清洗，以清除在加工和组装过程中残留的污染 物。系统在组装前，先清洗油箱和管道，组装后再进行全面彻底 的冲洗； 防止污染物从外界侵入。在贮存、搬运及加注的各个阶段都应 防止工作介质被污染。工作介质必须经过过滤器注入系统。设计 时可在油箱呼吸孔上装设空气过滤器或采用密封油箱，防止运行 时尘土、磨料和冷却物侵入系统。另外，在液压缸活塞杆端部应 装防尘密封，并经常检查定期更换； 采用高性能的过滤器。这是控制工作介质污染度的重要手段， 它可使系统在工作中不断滤除内部产生的和外部侵入的污染物。 过滤器必须定期检查、清洗和更换滤心；

35 Part 1.1.2 气压传动介质 1. 空气的组成 空气是气压传动及控制的工作介质 。
自然界的空气是由若干种气体混合组成的，其主要成分是氮 （N2）和氧（O2），其他气体所占比例很小。此外，空气中常含 有一定量的水蒸气。含有水蒸气的空气称为湿空气。所含水蒸气 达到最大可含量时，这种空气称为饱和湿空气。

36 不含有水蒸气的空气称为干空气。基准状态下（即温度t=0℃、压力p=0.1013MPa），干空气的组成如表1-13所示。
表1-13 干空气的组成 成分 氮（N2） 氧（O2） 氩（Ar） 二氧化碳（CO2） 其他气体 体积分数（%） 质量分数（%） 78．03 75．50 20．95 23.10 0.932 1.28 0.03 0.045 0.078 0.075 空气的全压力是指其各组成气体压力的总和，各组成气体的压力 称为分压力，它表示这种气体在相同温度下，独占空气总容积时 所具有的压力。

37 （1-10） 2. 空气的性质 密度 空气具有一定质量，常用密度ρ表示单位体积内空气的质量 。
空气的密度与温度、压力有关。因此 ，干空气密度计算式为 ： （1-10） 式中 ρg— 在热力学温度为T和绝对压力为p状态下的干空气密 度，单位为kg/m3； ρ0— 基准状态下干空气的密度，ρ0=1.293kg/m3； T— 热力学温度，T= t，单位为K；

38 （1-11） 湿空气的密度计算式为： 式中 ρs—在热力学温度为T和绝对压力为p状态下的湿空气密 度，单位为kg/m3；
p—湿空气的绝对全压力，单位为MPa； pb—在热力学温度为T 时饱和空气中水蒸气的分压力，单位 为MPa [见表1-15（教材P21）]； φ—空气的相对湿度 [见式（1-15）（教材P20）]。

39 表1-14 空气的运动粘度与温度的关系（压力0.1013MPa）
粘性 空气的粘度受温度影响较大，受压力影响甚微，可忽略不计。空气的运动粘度随温度变化的关系见表1-14 。 表1-14 空气的运动粘度与温度的关系（压力0.1013MPa） t/℃ 5 10 20 30 40 60 80 100 v /（×10－4m2·s－1） 0.133 0.142 0.147 0.157 0.166 0.176 0.196 0.210 0.238

40 压缩性和膨胀性 气体因分子间的距离大，内聚力小，故分子可自由运动。因此，气体的体积容易随压力和温度发生变化。
气体体积随压力增大而减小的性质称为压缩性；而气体体积随温度升高而增大的性质称为膨胀性。气体的压缩性和膨胀性都远大于液体的压缩性和膨胀性，故研究气压传动时，应予考虑。 气体体积随压力和温度的变化规律服从气体状态方程。

41 湿空气 湿空气不仅会腐蚀元件，还会对系统工作的稳定性带来不良影响。因此不仅各种元件对空气介质的含水量有明确规定，而且常采取一些措施防止水分被带入系统。 湿空气所含水分的程度用含湿量来表示，湿度的表示方法又有绝对湿度和相对湿度之分。

42 （1-12） （1-13） 1）绝对湿度 每一立方米的湿空气中所含水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度，常用 （单位为kg/m3）表示，即： 或
式中 ms—水蒸气的质量，单位为kg； V—湿空气的体积，单位为m3； ρs—水蒸气的密度，单位为kg/m3； ps—水蒸气的分压力，单位为Pa； Rs—水蒸气的气体常数，Rs=462.05J/(kg·K)； T—热力学温度，单位为K 。

43 式中 ρb— 饱和湿空气中水蒸气的密度，单位为kg/m3； pb— 饱和湿空气中水蒸气的分压力，单位为Pa 。
（1-14） 式中 ρb— 饱和湿空气中水蒸气的密度，单位为kg/m3； pb— 饱和湿空气中水蒸气的分压力，单位为Pa 。

44 （1-15） 3）相对湿度 在一定温度和压力下，湿空气的绝对湿度和饱和绝对湿度之比称为该温度下的相对温度，用φ表示，即 ：
3）相对湿度 在一定温度和压力下，湿空气的绝对湿度和饱和绝对湿度之比称为该温度下的相对温度，用φ表示，即 ： （1-15） 当φ=0，即ps=0时，则空气绝对干燥； 当φ=100，即ps=pb时，则空气达到饱和湿度 。

45 （1-16） 4）含湿量 含湿量分为质量含湿量和容积含湿量。
4）含湿量 含湿量分为质量含湿量和容积含湿量。 在含有1kg质量干空气的湿空气中所混合的水蒸气的质量，称为该湿空气的质量含湿量，用d表示， 即： （1-16） 式中 ms— 水蒸气的质量，单位为g； mg— 干空气的质量，单位为kg； pb— 饱和水蒸气的分压力，单位为MPa； p— 湿空气的全压力，单位为MPa； φ— 相对湿度 。

46 （1-17） 在含有1m3体积干空气的湿空气中所混合的水蒸气的质量，称为该湿空气的容积含湿量，用d′表示，即：
式中 d—质量含湿量，单位为g/kg； ρg—干空气的密度，单位为kg/m3 。 在标准大气压（0.1013MPa）下，饱和湿空气中的水蒸气分压为pb、密度ρb、容积含湿量d’b与温度t之间的关系见表1-15(教材P21) 由表1-15可以看出，空气中的水蒸气分压力和含湿量都随温度的下降而明显减小，所以降低进入气动装置空气的温度，对于减少空气中的含水量是有利的 。

47 5）露点温度 在保持压力不变的条件下，降低未饱和湿空气的温度，使其达到饱和状态时的温度称为露点温度（简称露点）。实际上，露点温度也就是与未饱和湿空气中水蒸气分压力ps相对应的饱和水蒸气的温度。因此，湿空气的温度冷却到露点温度以下，就会有水滴析出。采用降温法去除湿空气中的水分即是根据这个原理 。

48 6）析水量 气动系统中的工作介质，是由空气压缩机输出的压缩空气。湿空气被压缩后，压力、温度、绝对湿度都增加，当此压缩空气冷却降温时，其相对湿度增加，温度降低到露点温度后，便有水滴析出。每小时从压缩空气中析出水的质量称为析水量。析水量按下式计算 ： （1-18） 式中 Qm—每小时的析水量，单位为kg/h； qz—从外界吸入空压机的空气流量，单位为m3/min； φ—压缩前空气的相对湿度； T1、p1—分别为压缩前空气的温度（单位为K）和绝对全压 力（单位为MPa）；

49 例1-1 将20℃的空气压缩至0.8MPa（绝对压力），压缩后的空气温度为50℃，已知压缩空气机吸入空气流量为6m3/min，空气相对湿度为85%，试求每小时的析水量 。
解 已知：qz=6m3/min，φ=0.85，p1=0.1MPa，p2=0.8MPa，T1=（273+20）=293K，T2=（273+50）=323K 根据式（1-18）计算：

50 3. 空气的质量等级 随着科学技术的发展，气动元件日趋小型化、低功率化，其结构越来越精密；同时应用气动系统较多的医药、食品和微电子等行业对作业环境和污染控制都有严格的要求。这些都对气动系统的工作介质—空气的净化质量提出了越来越高的要求。为此，国际标准化组织制定了压缩空气的质量等级标准ISO8573.1，见表 1-16。我国国家标准GB/T 与此等效 。 表1-16 空气质量等级 等级 最大粒子 露点温度 /℃ 最大含油量 /（mg/m3） 尺寸/μm 浓度/（mg/m3） 1 2 3 4 5 6 0.1 15 40 — 8 10 －70 －40 －20 +3 +7 +10 0.01 1.0 25