1.1 工作介质的主要物理性质

1.1.1 密度

单位体积内物体的质量称为密度，用ρ表示，单位为kg/m3。

式中 m——物体的质量（kg）；

V——物体的体积（m3）。

空气在不同的温度、压力和湿度条件下可分为三类：自由空气、正常状态空气及标准状态空气。自由空气即地球上的空气，它随着气压、温度、位置、时间的改变而发生变化，不属于气压传动的空气来源。正常状态空气是指在温度为0℃、绝对压力为1.013 25×105Pa（760mmHg）状态下的干燥空气，其密度为1.3kg/m3。标准状态空气是指在温度为20℃、绝对压力为1.013 25×105Pa（760mmHg）、相对湿度为75%状态下的空气，其密度为1.2kg/m3。正常状态下的空气是确定空气压缩机容量、效率、性能的基本依据，即气压控制所使用的空气体积均指在“正常状态”下的空气体积。

大气中除了氧、氮及微量的二氧化碳、氢、氩、氖及氙之外，还含有水蒸气和其他微量气体、尘埃及浮游微生物等。正常状态空气的组成见表1-1。

表1-1 正常状态空气的组成

矿物油型液压油的密度随温度的上升而有所减小，随温度的下降而有所增加，但变动很小，可忽略不计。我国以温度为20℃时液压油的密度为标准密度，一般液压油的密度为900 kg/m3。

1.1.2 黏性

当气体与液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，由分子间的内聚力阻止分子相对运动而产生一种内摩擦力，这种性质叫做气体或液体的黏性。气体和液体只有在流动（或有流动趋势）时才会呈现黏性，静止的气体和液体是不呈现黏性的。正是由于气体和液体具有黏性才导致在它们流动时损失能量。

气体和液体的黏性可用动力黏度μ来表示，其单位是Pa·s。温度对空气黏度的影响不大，气体比液体的动力黏度也小得多。例如，在20℃时，空气的动力黏度μ=1.81×10-6Pa·s，而某液压油的动力黏度μ=5×10-2Pa·s，因此在管道内流动速度相同的条件下，液压油的流动损失比空气的流动损失大得多。

在实际工程中，常用运动黏度v作为液体黏度的标志。运动黏度是动力黏度μ与液体密度ρ的比值，其单位为m2/s或mm2/s。液压油的黏度等级是以其在温度为40℃时运动黏度的平均值来表示。例如，L—HM32液压油的黏度等级为32，表示其在温度为40℃时运动黏度的平均值为32mm2/s。

温度对液压油的黏度的变化极为敏感，温度升高，黏度下降。不同种类的液压油的黏度随温度变化的程度各不相同。除温度对黏度有影响外，压力对黏度也有影响。液体所受压力增大时，其内聚力增大，黏度也随之增大，但对于一般的液压系统，当压力在32MPa以下时，压力对黏度的影响不大，可以忽略不计。当压力较高时或压力变化较大时，黏度的变化则不容忽视。

1.1.3 可压缩性

气体与液体受压力作用后发生体积变化的性质称为可压缩性。对于一般的液压系统，当压力不大时，液体的可压缩性很小，因此可认为液体是不可压缩的；而在压力变化很大的高压系统中，就必须考虑对液体可压缩性的影响，因为在液压系统的实际工作中油液里常常存在游离气泡，而气体的可压缩性比液体大得多，所以当受压体积较大、工作压力过高时，液体的可压缩性显著提高，将严重影响液压系统的工作性能。因此，在液压系统中应使油液中的空气含量减少到最低。

空气的体积受温度和压力的影响较大，有明显的可压缩性。温度越高，压力越大，空气的体积变化越大，可压缩性越大。只有在特定的条件下，才能把空气看做是不可压缩的。空气容易压缩，有利于储存，但难以实现气缸的平稳运动和低速运动。

1.1.4 空气的湿度

不含水蒸气的空气称为干空气，含有水蒸气的空气称为湿空气。空气作为传动介质，其干湿程度对传动系统的稳定性和使用寿命都有直接影响。若空气中含有的水蒸气量较大，则此湿空气在一定的温度和压力条件下，会在气动系统的局部管道、气动元件中凝结成水滴，使气动元件和管道腐蚀、生锈，缩短使用寿命，甚至造成系统失灵。因此，气动系统对空气的含水量有明确的规定，并采取必要的措施防止水分进入系统。

湿空气含水分的程度用湿度和含湿量表示。湿度的表示方法有绝对湿度和相对湿度。

绝对湿度是指每立方米湿空气中含有的水蒸气的质量，常用x表示，单位为kg/m3。

式中 sm——水蒸气的质量（kg）；

V——湿空气的体积（m3）。

湿空气中水蒸气的含量是有限的，在一定温度下，当湿空气中所含水蒸气的量达到最大限度时的绝对湿度叫饱和绝对湿度，用xb表示。

绝对湿度只能说明湿空气中所含水蒸气的多少，但不能说明空气所具有的吸收水蒸气的能力，所以常用相对湿度来表达这种能力。

相对湿度是指在某温度和总压力不变的条件下，绝对湿度与饱和绝对湿度的比值，用ϕ表示。

对于干空气，ϕ=0。当湿空气达到饱和时，ϕ=100%。ϕ表示湿空气吸收水蒸气的能力，ϕ值越大，表示湿空气吸收水蒸气的能力越弱。

当气压下降时空气含湿量减少，减少空气中所含水分，对于降低进入气压设备的空气湿度是十分有利的。当温度下降时，空气中的水蒸气含量也会降低。气压传动系统中也常采用降温法来消除湿空气中的水分。

通常情况下，空气的相对湿度在60%～70%的范围内，人体感觉舒适。在气压传动技术条件中，规定各种阀的工作介质相对湿度不得大于90%。

含湿量是指每千克质量的干空气中所含有的水蒸气的质量，用d表示。

式中

ms——水蒸气的质量；

mg——干空气的质量；

ρs——水蒸气的密度；

ρg——干空气的密度。

例如，温度为30℃、相对湿度为80%的大气的含湿量为21.34g/kg，若用空气输出量为800L/min的空压机吸入温度为30℃、相对湿度为80%的大气，将其压缩到绝对压力0.7MPa，然后用后冷却器冷却到35℃，则后冷却器内的空气含湿量为5.02g/kg，后冷却器每分钟将产生冷凝水（21.34-5.02）g/kg×0.8m3/min×1.3kg/m3=16.97g/min，即后冷却器每分钟将产生冷凝水17mL。