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51声速a和马赫数M96 52基本方程组97 53一元定常完全气体等熵流动的 特性分析99 54一元定常等熵流动的参考状态100 541滞止状态100 542临界状态101 55质量流量、壅塞现象102 56气动力函数表106 57微弱扰动波及冲波的形成108 58正冲波110 59斜冲波113 510膨胀波117 511超声速自由射流118 512超声速风洞的建立120 513超声速喷管的等熵出流122 514一元有摩擦的绝热定常流125 5141特性分析125 5142等截面直管有摩擦的绝热定 常流的特性计算127 515气体引射器132 5151收缩喷管引射器132 5152收缩喷管引射器的特性计算134 第6章气动元件流量特性的表述143 第7章气动回路的流量特性149 71并联回路149 72串联回路151 73两个元件的串联154 74三个元件的串联156 75气动元件结构形状对流量特性的 影响159 76有关串联回路研究的分析162 77ISO 6358-3：2014 (即GB/T 145133—2020）分析164 771ISO 6358-1：2013(即GB/T 145131—2017）中气动元件的 流量特性参数表达式164 772按摩擦因数λ计算气管道的 流量特性参数165 773按实验结果计算气管道的 流量特性参数168 774用其他流量参数或者直管等效长度 来估算流量特性参数168 775ISO 6358-3：2014提供的气动元件 流量特性参数表达方式的分析169 776ISO 6358-3：2014估算气动系统的 流量特性参数方法的分析173 Ⅵ第8章充放气特性177 81充放气特性的基本方程177 82固定容器的充放气特性180 83充放气特性线186 第9章定压法和变压法 (ISO 6358:1989）188 91国际标准ISO 6358:1989的基本内容188 92定压法两个流量特性参数 (C、b值）测量误差预估191 921声速流导C值的测量误差预估191 922临界压力比b值的测量 误差预估191 923b值测量误差的分析及“最佳 测点”的发现194 93临界压力比b值的由来及其作用198 94定压法的分析202 941对流量特性曲线近似为椭圆曲线的 假设的可信性论证202 942有关定义的分析205 943测试原理的分析206 944测试方法的分析209 945仪表测量精度的分析210 946气动元件结构形状对b值的 影响210 947测试元件范围的分析210 948流量特性扩展式的分析211 949定压法的修订建议211 95变压法两个流量特性参数C、b值的 测量误差预估211 951声速流导C值的测量误差预估211 952临界压力比b值的测量误差 预估212 96变压法的分析220 961壅塞流定义的分析220 962声速流导C值公式的分析220 963临界压力比b值公式的分析220 964测试方法的分析220 965测试原理的分析221 966变压法的综合分析221 第10章串接声速排气法 （GB/T 14513—1993）222 101串接声速排气法的基本原理223 102两个流量特性参数S值和b值的 测量误差预估225 1021S值的测量误差预估225 1022b值的测量误差预估227 103辅助元件的最佳选择232 1031辅助元件应具备的条件232 1032选择辅助元件的适用图表234 104气罐容积V的选择236 105串接声速排气法的测试步骤239 106GB/T 14513—1993的修订241 1061修订内容241 1062S值和b值的测量精度241 107有关串接声速排气法的问答242 108串接声速排气法的综合分析246 第11章定压法和变压法 （ISO 6358-1：2013）247 111ISO 6358：1989的修订内容247 112ISO 6358-1：2013基本概念和 基本公式的分析248 113测试原理的分析252 1131定压法的分析252 1132变压法的分析255 114测试方法的分析255 115其他方面的分析256 116奉化气动检验中心验证报告的结论257 第12章等温容器放气法258 121等温容器放气法的基本原理258 122ISO 6358-2:2013的基本原理259 123对ISO 6358-2：2013的质疑261 1231流导Ce公式的由来及疑问261 1232临界背压比b值公式的疑问261 124正规的等温容器放气法的S值和b值的 测量误差预估262 1241S值测 內容試閱： 现代气动技术，气体在气动元件内及气动回路内，已处于声速流动和超声速流动状态。声速和超声速流动的规律与不可压缩流体流动的规律是截然不同的，有时甚至是相反的。故从事气动技术行业的技术人员，广义来讲，就是从事以压缩空气为介质的行业的技术人员，必须掌握管路气体力学的基本知识。这些基本知识介绍管路内气体高速和超声速流动时的基本现象与规律。 利用气体力学基本知识，对各种气动元件及气动回路进行流动特性的正确理论估算和正确的性能测试，正确地对气动元件进行性能估算，才能对气动元件的性能进行优化设计，制造出性能优良的产品。 掌握了气体力学的基本知识，充分研究两个气动元件串联回路的特性，就可以提出测试原理正确且可信度高的流量特性参数测试方法，如串接声速排气法和直接测量法。 掌握了气体力学的基本知识，就能判断测试气动元件流量特性参数的各种标准中的测试原理是否正确。借助均方根误差分析法，对流量特性参数进行分析，就能判断各个测试标准的可信度，以确定该测试标准是否可用。 本书由五部分组成。 第一部分是第1章至第5章，介绍基础理论。这部分是以压缩空气为介质做高速流动的应用行业的科技工作者必须了解的有关热力学、湿空气、不可压缩流体流动和可压缩流体流动的理论和实验所需要的基本知识。 第二部分是第6章至第8章。第6章介绍国内外表达气动元件流量特性的各种方法及其适用条件，以及它们之间的相互关系。第7章介绍在给定各种气动元件的流量特性参数的条件下，如何利用气体力学知识估算各种气动回路的流量特性参数，并判断出临界截面处在回路中的哪个气动元件内。本章还是判断测试流量特性参数的各种标准的测试原理是否正确的理论依据，其中还讨论了国际标准ISO 6358-3：2014“系统稳态流量特性的计算方法”。该标准也是估算气动回路流量特性参数的方法，只不过ISO 6358-3：2014是用不可压缩流动的思维制定的标准，自然是达不到测试目的的。第8章是计算各种容器的充放气特性，它是计算气缸、气阀、气动回路等气动元件的动态特性的理论基础。 第三部分是第9章至第13章，这部分运用气体力学知识，分析了测试气动元件流量特性的多个国际标准（五点测量法的ISO 6358：1989，上下游压力测量管通径加大两档的ISO 6358-1：2013，等温容器放气法的ISO 6358-2：2013）、国家标准（串接声速排气法的GB/T 14513—1993）和待研发的直接测量法的优缺点和错误。并运用均方根误差分析法，对各个标准的流量特性参数进行了可信度分析。由可信度的高低，便知道各个标准是否适合使用。对可以使用的标准，也给出了最佳测点位置说明。 第四部分是第14章，介绍测量误差的预估与最佳测点的确定。把均方根误差分析法应用于气动元件流量特性参数的研究中，便能预估有效面积S值和临界压力比b值的测量误差，并能找出最佳测点在哪。这不仅对气动元件、对各行各业的实验工作者来说十分有用，还可用于判断测试原理和测试方法是否可行，测试仪表精度是否合理。知道最佳测点的条件，则可以用极少的精力和资金测出正确的被测值，故具有巨大的经济效益和社会效益。为此，专门编写了本章。介绍了在哪些条件下可以使用均方根误差分析法，怎样使用均方根误差分析法。 第五部分是第15章至第21章。利用气体力学知识，如何对气缸、气动减压阀、气管道、管接头、单向阀、梭阀、气动方向阀、气动消声器、喷嘴及真空发生器等多种气动元件进行流量特性的分析计算和性能测试必须注意的事项。 自步入气动技术行业后，总梦想着气动元件的性能也能像飞机的气动力那样，可以用理论分析法大致估算出来，再通过实验加以修正。若能如此，就能对气动元件的性能进行优化设计了。这种想法，并非天方夜谭。比如，气动回路流量特性参数的估算方法便是理论推导出来的，被实验证实是正确的。受气动回路流量特性参数估算方法的启发，提出了串接声速排气法，实验证实该方法是正确的。按两个元件串接的理论，就能判断出ISO 6358：1989和ISO 6358-1和ISO 6358-2为什么测不出正确的临界压力比b值的原因，这已被实验所证实。只要测出气管道的沿程损失系数λ，就可利用摩擦管流理论计算出任何气管道的有效面积S值和临界压力比b值。借助实验是可以计算出气动减压阀的流量特性曲线的，也能计算出真空发生器的空气消耗量，最大真空度和最大吸入流量。气缸的静特性和动特性也是可以计算出来的，只是比较复杂罢了。 理论估算出气动元件和气动回路的性能是开创性的研究工作，需要不断丰富气体力学知识，也需要探索气动元件内的流动特性，希望有更多的有志者加入这个行列，为中国气动技术的腾飞做出贡献。 本书在这方面的研究工作只算是一个起点，免不了存在一定的缺点和错误，欢迎读者批评指正。 完成本书，不由怀念起北京航空航天大学的恩师陆士嘉教授、徐华舫教授、伍荣林教授等传授给我们的真知，培养了我们严格的科学作风，使我们一生受益匪浅。 在此，感谢SMC（中国）有限公司的张士宏博士、国家气动产品质量监督检验中心原副主任惠伟安高工等对本书内容做出的贡献。 我年事已高，两年多时间内全身心投入写作中，夫人董玉琴女士对我的工作大力支持和生活上精心照顾，在此表示衷心的感谢。 徐文灿教授 2022年10月于清华园

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