本书全面地介绍了管路气体力学及其在气动技术中的应用。力学部分的主要内容包括空气的热力学性质、湿空气、不可压缩管流的基础、相似理论与量纲分析和可压缩管流；气动技术部分的主要内容包括充排（或放）气特性、气动回路的流量特性、气动元件流量特性的测试方法，重点介绍了气动减压阀特性的测试和气动元辅件的流动特性。
本书的特色是运用气体力学的基本知识分析和解决气动技术方面的技术问题，是一本把气体力学知识应用于民用工业的图书。本书既涉及气动元件，也涉及气动回路，还涉及各项气动元件性能的正确估算方法及性能测试研究方法。本书提出的测量误差预估和最佳测点的确定方法对涉及压缩空气流动的相关工作具有一定的指导作用。
本书可供从事气动工程研发、设计和试验的技术人员使用，也可供高校相关专业师生参考。
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 145131993）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
前言
第1章空气的热力学性质1
11空气的物理性质1
12热力学基本概念3
13热力学第一定律7
14热力学过程10
15准平衡过程的能量13
第2章湿空气16
21绝对湿度、相对湿度、露点16
22压缩空气的相对湿度、压力露点17
23高洁净气动系统19
第3章不可压缩管流的基础29
31流体的概念29
32流体静力学基础33
33流动的分类37
34质量方程40
35能量方程42
351位能、动能和压力能42
352伯努利方程42
353伯努利方程的应用44
354总流的伯努利方程51
36动量方程54
37层流和紊流57
371圆管中的层流57
372圆管中的紊流62
38沿程损失和局部损失64
39管路计算75
310自由淹没射流及其应用79
第4章相似理论与量纲分析87
41概述87
42力学相似条件87
43相似准则88
44量纲分析91
45利用相似理论完成大通径气动元件的
流量特性参数测试93
第5章可压缩管流96
51声速a和马赫数M96
52基本方程组97
53一元定常完全气体等熵流动的
特性分析99
54一元定常等熵流动的参考状态100
541滞止状态100
542临界状态101
55质量流量、壅塞现象102
56气动力函数表106
57微弱扰动波及冲波的形成108
58正冲波110
59斜冲波113
510膨胀波117
511超声速自由射流118
512超声速风洞的建立120
513超声速喷管的等熵出流122
514一元有摩擦的绝热定常流125
5141特性分析125
5142等截面直管有摩擦的绝热定
常流的特性计算127
515气体引射器132
5151收缩喷管引射器132
5152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
71并联回路149
72串联回路151
73两个元件的串联154
74三个元件的串联156
75气动元件结构形状对流量特性的
影响159
76有关串联回路研究的分析162
77ISO 6358-3：2014
(即GB/T 1451332020）分析164
771ISO 6358-1：2013(即GB/T
1451312017）中气动元件的
流量特性参数表达式164
772按摩擦因数λ计算气管道的
流量特性参数165
773按实验结果计算气管道的
流量特性参数168
774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
775ISO 6358-3：2014提供的气动元件
流量特性参数表达方式的分析169
776ISO 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
81充放气特性的基本方程177
82固定容器的充放气特性180
83充放气特性线186
第9章定压法和变压法
(ISO 6358:1989）188
91国际标准ISO 6358:1989的基本内容188
92定压法两个流量特性参数
(C、b值）测量误差预估191
921声速流导C值的测量误差预估191
922临界压力比b值的测量
误差预估191
923b值测量误差的分析及最佳
测点的发现194
93临界压力比b值的由来及其作用198
94定压法的分析202
941对流量特性曲线近似为椭圆曲线的
假设的可信性论证202
942有关定义的分析205
943测试原理的分析206
944测试方法的分析209
945仪表测量精度的分析210
946气动元件结构形状对b值的
影响210
947测试元件范围的分析210
948流量特性扩展式的分析211
949定压法的修订建议211
95变压法两个流量特性参数C、b值的
测量误差预估211
951声速流导C值的测量误差预估211
952临界压力比b值的测量误差
预估212
96变压法的分析220
961壅塞流定义的分析220
962声速流导C值公式的分析220
963临界压力比b值公式的分析220
964测试方法的分析220
965测试原理的分析221
966变压法的综合分析221
第10章串接声速排气法
（GB/T 145131993）222
101串接声速排气法的基本原理223
102两个流量特性参数S值和b值的
测量误差预估225
1021S值的测量误差预估225
1022b值的测量误差预估227
103辅助元件的最佳选择232
1031辅助元件应具备的条件232
1032选择辅助元件的适用图表234
104气罐容积V的选择236
105串接声速排气法的测试步骤239
106GB/T 145131993的修订241
1061修订内容241
1062S值和b值的测量精度241
107有关串接声速排气法的问答242
108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
111ISO 6358：1989的修订内容247
112ISO 6358-1：2013基本概念和
基本公式的分析248
113测试原理的分析252
1131定压法的分析252
1132变压法的分析255
114测试方法的分析255
115其他方面的分析256
116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
121等温容器放气法的基本原理258
122ISO 6358-2:2013的基本原理259
123对ISO 6358-2：2013的质疑261
1231流导Ce公式的由来及疑问261
1232临界背压比b值公式的疑问261
124正规的等温容器放气法的S值和b值的
测量误差预估262
1241S值测
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