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信然空压机的物质结构

2013-1-22 16:58:38

所有的物质,不管其为气态、液态或固态,均由原子构成。原子是物质的基本组成部分,但经常以分子的形式出现。分子是由许多原子与其他同种或不同种类的原子组成。原子又是由致密的原子核组成,原子核则是由质子和中子组成并被许多微小、重量轻、快速旋转的电子所包围。原子还存在其他的结构形态,但并不稳定。

所有这些粒子都有以下四个属性:电荷、静止质量、机械力矩和磁力矩。原子核中的质子数就等于原子的原子序数。

质子数加上中子数约等于原子的总质量,因为电子几乎没有质量。

这些数据可以在元素周期表中得到。电子层包含的电子数和原子核中的质子数相同,也就是说原子是呈电中性的。

丹麦物理学家尼尔斯·玻尔在1913年建立了一种原子模型。他推演出原子只能以某种具有一定能量的稳定状态存在。如果原子从一种能量状态转换成另一种能量状态,就会释放出辐射量子,即光子。

这些不同状态的转换均以光的形式呈现,而其波长不同。在光谱图中,它们表现为原子的光谱线。

1.1.2分子和物质的状态

原子由化学结合力聚集在一起称之为分子。分子极其微小,1立方毫米的空气,在大气压力下,大约含有2.55X1016个分子。

原则上,所有的物质都可以在四种不同的状态下存在:固态,液态,气态和等离子。在固态下,分子在强大的亲和力作用下,紧密地结合在一个结构内,当温度高于绝对零度时,便会产生某种程度的分子运动。固态时,分子作围绕平衡位置的振动,温度升高,振动加快。当固态下的物体被加热到分子运动无法维持其刚性结构时,分子变的松散,物体熔化并变成液态。如果进一步加热,分子之间的结合力完全消失,液态就转变成了气态,此时分子向各个方向膨胀,并且与空间的其他其他混合。

当气体分子受到冷却,分子的运动速度变慢,彼此又重新结合并产生凝析。当然,若气体分子被进一步加热,分子就会分裂成单独的粒子形成离子和原子核。

1.2物理单位

1.2.1压力

从海平面到大气层边缘,空气柱在底面积为1平方厘米上的作用力为10.13N。因此,海平面上的绝对大气压力大约是每平方米10.13X104N,即10.13X104Pa(帕斯卡,压力的国际单位)。也可用另一种常用的单位表示:1bar(巴)=1X105Pa。离海平面越高,大气压力就越低,反之,离海平面越低,大气压力就越高。

1.2.2温度

给气体温度下清晰的定义比较困难。温度是分子动能量度标准。分子运动愈剧烈,温度愈高。在绝对零度时,运动完全停止。开氏温度(K)就是基于这种现象设立的,而其他方面与摄氏温标相同:

T=t+273.2

T=绝对温度(K)

T*摄氏温度(C)

1.2.3热容

热是能量的一种形式,代表物质无序分子的动能。物体的热容(也叫做热容量或熵)是指物体温度变化一个单位(1K)时所需的热量,表示单位为J/K。

物质的比热或比熵应用更加广泛,是指一个单位质量物质(1克)温度变化一个单位(1K)时所需的热量。比热的单位是J/(kgxK)。同样,摩尔比热的单位是J/(molxK)。

CP=等压比热

CV=等容比热

CP=摩尔等压比热

CV=摩尔等容比热

等压比热总是大于等容比热。物质的比热不是一个常数,一般来说,它随着温度的上升而上升。

实际中,通常采用平均值。对于液体和固体物质,CP≈CV≈C.将质量流量从温度t1加热到t2所需的热量为:

P≈m×c×(T2-T1)

P=热功率(W)

m=质量流量(kg/s)

c=比热(J/kgxK)

T=温度(K)

CP比CV大的原因是气体在等压加热膨胀时必须做膨胀功。CP与CV之比称之为等熵指数或绝热指数,K,它是物质分子中原子数的函数。

 

1.2.4功

机械功是作用力和作用力方向上物体位移的乘积。对于热而言,功是从一个物体转移到另一个物体的能量。不同之处就是用温度代替了力。

气缸中的气体在活塞运动作用下产生压缩就是一个例子,压缩是通过力推动活塞而产生的。能量因此由活塞转移到封闭的气体内。能量因此由活塞转移到封闭的气体内。这种能量的转移就是热力学意义上的功。功可以有多种表现形式,如势能、动能或热能。

伴随着气体容积的变化而发生的机械功,是工程热力学中重要的过程之一。

功的国际单位是焦耳:1焦=1牛·米=1瓦·秒。

1.2.5功率

功率是单位时间内做的功,是计算做功快慢的物理量。它的国际单位是瓦特:1瓦=1焦/秒。

例如,输入压缩机驱动轴的功率或能流量,在数值上近似地等于系统中释放的热量加上压缩气体的热量。

1.2.6容积流量

系统容积流量是衡量单位时间内流体流动的体积。可以通过流体的截面积与平均流速的乘积来计算。容积流量的国际单位是m³/s。

而压缩机容积流量(亦称压缩机容量)的常用单位是每秒升(l/s)。既可用每秒标升表示(Nl/s),也可用自由空气排量表示(l/s)。

用标升/秒(Nl/s)单位表示空气流量时,空气流量换算到了“标准状态”,即在1.013巴绝压和0℃的状态下。当规定质量流量时,基本上使用这个标准单位,即标升/秒。

采用自由排出空气量,是将压缩机的空气排量换算到标准进气条件下(进气绝压为1巴,温度为20℃)的自由空气容积流量。两种容积流量之间的关系如下(下列计算为没有考虑湿度的简化公式):