正文 第一節 空氣的性質(1 / 3)

在人們的生產活動和生活活動過程中,采用通風的方法以達到空氣環境的衛生和安全,是最常用的和最基本的方法;而利用具有一定壓強和速度的氣流通過管道來輸送物料的氣力輸送技術,更是現代物流技術中粉粒狀散料輸送普遍采用的方式。

通風除塵和氣力輸送,都是通過有目的的組織空氣流動來實現的,而空氣及其流動規律屬於流體力學範疇。那麼,什麼是流體呢?在常溫常壓下,自然界的物質以三種聚集狀態存在:氣態、液態和固態,分別稱為氣體、液體和固體。其中,構成氣體和液體的分子,分子間的間距大,分子間相互吸引力小,熱運動劇烈,這就決定了氣體和液體具有共同的特性:不能保持一定形狀,容易變形。氣體和液體容易變形的特性稱為流動性。因此,通俗地講,將能夠流動的物質稱為流體;而從物理學角度,在任何微小的剪切力作用下都能夠發生連續變形的物質稱作流體。所以,流體是氣體和液體的統稱。但是,氣體和液體也是有區別的。氣體沒有一定的體積,不存在自由表麵,具有顯著的壓縮性和膨脹性;而液體具有一定的體積,有自由表麵,一般情況下不具有壓縮性和膨脹性。但是,當氣體的流速較低時,可以忽略其壓縮性和膨脹性,這時氣體和液體具有不可壓縮的共同特性。

本章主要學習通風除塵和氣力輸送中有關空氣流動的流體力學基礎知識,如空氣的性質、空氣流動的基本方程、空氣流動的阻力和能量損失計算以及空氣流動的基本參數測試技術等。

一、空氣的組成

空氣和水、小麥、石頭等一樣,屬於一種物質,隻是它以氣體狀態存在。空氣是由多種成分組成的混合氣體,但主要由幹潔空氣、水汽和懸浮微粒三部分構成。

1.幹潔空氣

幹潔空氣即幹燥清潔空氣,不含水汽和懸浮微粒。幹潔空氣的主要成分為氮氣、氧氣和氬氣,這三部分在空氣的總容積中約占99.97%,其他成分有二氧化碳、氖、氦、氪、氫、氙、臭氧等。幹潔空氣。

2.水汽

水汽是空氣的一項重要組成部分,其濃度隨地理位置和氣象條件不同變化範圍較大。幹燥地區的水汽含量低至0.02%,暖濕地區含量可達6%。

3.懸浮微粒

懸浮微粒主要指因自然因素變化而懸浮在空氣中的顆粒物,如火山爆發產生的火山灰,土壤、岩石風化的微細顆粒物以及植物花粉等。

氣體名稱含量(容積百分數)/%氣體名稱含量(容積百分數)/%氮(N2)78.09氪(Kr)1.0×10-4氧(O2)20.95氫(H2)0.5×10-4氬(Ar)0.93氙(Xe)0.08×10-4二氧化碳(CO2)0.02~0.04甲烷(CH4)(1.0~12.0)×10-4氖(Ne)18×10-4二氧化氮(NO2)0.02×10-4氦(He)5.24×10-4臭氧(O3)0.01×10-4

一般情況下,空氣中的氮氣、氧氣和氬氣,以及微量的氖、氦、氪、氙、氡等稀有氣體是空氣組分的恒定部分;二氧化碳和水汽是空氣的可變組分;懸浮微粒是空氣的不定組分。

幹潔空氣、水汽和懸浮微粒為空氣的自然組成,又稱為空氣的本底物質。本底的某個組分在含量上有顯著變化時或空氣中本來不存在的物質在空氣中大量出現時,即意味著空氣受到了汙染(一般水汽含量的變化除外)。

二、空氣的密度和重度

密度和重度是空氣最基本的物理屬性。

1.密度

單位體積空氣所具有的質量稱為空氣的密度,用符號“ρ”表示,單位為kg/m3。它表征空氣在空間的密集程度。

空氣的密度:ρa=1.2kg/m3;水的密度:ρ水=1000kg/m3。

2.重度

單位體積空氣所具有的重量稱為空氣的重度,用符號“γ”表示,單位為N/m3。

空氣的重度:γa=11.77N/m3。

重度與密度之間的關係:γ=ρg(1-1)式中g——重力加速度,m/s2,一般取g=9.81m/s2。

在工程單位製中,重量的單位用kg表示,所以重度的工程單位製是kg/m3。空氣的重度采用工程單位製表示時,γa=1.2kg/m3。

三、空氣的溫度和濕度

1.溫度

溫度是表示物體冷熱程度的物理量。根據分子運動論,溫度是大量分子運動之動能的結果。空氣溫度的高低表明了空氣分子熱運動速度的大小。

在工程上,溫度的表示常采用攝氏溫標和絕對溫標兩種方法。攝氏溫標表示的溫度即攝氏溫度,單位為℃,常用小寫字母t表示。絕對溫標為熱力學溫度單位,也稱絕對溫度,它把分子運動速度為零時的溫度定義為0K,K為熱力學溫度的單位,常用大寫字母T表示。

熱力學溫度(T)和攝氏溫度(t)之間的關係為:T=273+t(K)(1-2)2.濕度