現(xiàn)代氣動技術(shù)，氣體在氣動元件內(nèi)及氣動回路內(nèi)，已處于聲速流動和超聲速流動狀態(tài)。聲速和超聲速流動的規(guī)律與不可壓縮流體流動的規(guī)律是截然不同的，有時甚至是相反的。故從事氣動技術(shù)行業(yè)的技術(shù)人員，廣義來講，就是從事以壓縮空氣為介質(zhì)的行業(yè)的技術(shù)人員，必須掌握管路氣體力學(xué)的基本知識。這些基本知識介紹管路內(nèi)氣體高速和超聲速流動時的基本現(xiàn)象與規(guī)律。
利用氣體力學(xué)基本知識，對各種氣動元件及氣動回路進行流動特性的正確理論估算和正確的性能測試，正確地對氣動元件進行性能估算，才能對氣動元件的性能進行優(yōu)化設(shè)計，制造出性能優(yōu)良的產(chǎn)品。
掌握了氣體力學(xué)的基本知識，充分研究兩個氣動元件串聯(lián)回路的特性，就可以提出測試原理正確且可信度高的流量特性參數(shù)測試方法，如串接聲速排氣法和直接測量法。
掌握了氣體力學(xué)的基本知識，就能判斷測試氣動元件流量特性參數(shù)的各種標(biāo)準(zhǔn)中的測試原理是否正確。借助均方根誤差分析法，對流量特性參數(shù)進行分析，就能判斷各個測試標(biāo)準(zhǔn)的可信度，以確定該測試標(biāo)準(zhǔn)是否可用。
本書由五部分組成。
第一部分是第1章至第5章，介紹基礎(chǔ)理論。這部分是以壓縮空氣為介質(zhì)做高速流動的應(yīng)用行業(yè)的科技工作者必須了解的有關(guān)熱力學(xué)、濕空氣、不可壓縮流體流動和可壓縮流體流動的理論和實驗所需要的基本知識。
第二部分是第6章至第8章。第6章介紹國內(nèi)外表達氣動元件流量特性的各種方法及其適用條件，以及它們之間的相互關(guān)系。第7章介紹在給定各種氣動元件的流量特性參數(shù)的條件下，如何利用氣體力學(xué)知識估算各種氣動回路的流量特性參數(shù)，并判斷出臨界截面處在回路中的哪個氣動元件內(nèi)。本章還是判斷測試流量特性參數(shù)的各種標(biāo)準(zhǔn)的測試原理是否正確的理論依據(jù)，其中還討論了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 6358-3：2014系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)流量特性的計算方法。該標(biāo)準(zhǔn)也是估算氣動回路流量特性參數(shù)的方法，只不過ISO 6358-3：2014是用不可壓縮流動的思維制定的標(biāo)準(zhǔn)，自然是達不到測試目的的。第8章是計算各種容器的充放氣特性，它是計算氣缸、氣閥、氣動回路等氣動元件的動態(tài)特性的理論基礎(chǔ)。
第三部分是第9章至第13章，這部分運用氣體力學(xué)知識，分析了測試氣動元件流量特性的多個國際標(biāo)準(zhǔn)（五點測量法的ISO 6358：1989，上下游壓力測量管通徑加大兩檔的ISO 6358-1：2013，等溫容器放氣法的ISO 6358-2：2013）、國家標(biāo)準(zhǔn)（串接聲速排氣法的GB/T 145131993）和待研發(fā)的直接測量法的優(yōu)缺點和錯誤。并運用均方根誤差分析法，對各個標(biāo)準(zhǔn)的流量特性參數(shù)進行了可信度分析。由可信度的高低，便知道各個標(biāo)準(zhǔn)是否適合使用。對可以使用的標(biāo)準(zhǔn)，也給出了最佳測點位置說明。
第四部分是第14章，介紹測量誤差的預(yù)估與最佳測點的確定。把均方根誤差分析法應(yīng)用于氣動元件流量特性參數(shù)的研究中，便能預(yù)估有效面積S值和臨界壓力比b值的測量誤差，并能找出最佳測點在哪。這不僅對氣動元件、對各行各業(yè)的實驗工作者來說十分有用，還可用于判斷測試原理和測試方法是否可行，測試儀表精度是否合理。知道最佳測點的條件，則可以用極少的精力和資金測出正確的被測值，故具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。為此，專門編寫了本章。介紹了在哪些條件下可以使用均方根誤差分析法，怎樣使用均方根誤差分析法。
第五部分是第15章至第21章。利用氣體力學(xué)知識，如何對氣缸、氣動減壓閥、氣管道、管接頭、單向閥、梭閥、氣動方向閥、氣動消聲器、噴嘴及真空發(fā)生器等多種氣動元件進行流量特性的分析計算和性能測試必須注意的事項。
自步入氣動技術(shù)行業(yè)后，總夢想著氣動元件的性能也能像飛機的氣動力那樣，可以用理論分析法大致估算出來，再通過實驗加以修正。若能如此，就能對氣動元件的性能進行優(yōu)化設(shè)計了。這種想法，并非天方夜譚。比如，氣動回路流量特性參數(shù)的估算方法便是理論推導(dǎo)出來的，被實驗證實是正確的。受氣動回路流量特性參數(shù)估算方法的啟發(fā)，提出了串接聲速排氣法，實驗證實該方法是正確的。按兩個元件串接的理論，就能判斷出ISO 6358：1989和ISO 6358-1和ISO 6358-2為什么測不出正確的臨界壓力比b值的原因，這已被實驗所證實。只要測出氣管道的沿程損失系數(shù)λ，就可利用摩擦管流理論計算出任何氣管道的有效面積S值和臨界壓力比b值。借助實驗是可以計算出氣動減壓閥的流量特性曲線的，也能計算出真空發(fā)生器的空氣消耗量，最大真空度和最大吸入流量。氣缸的靜特性和動特性也是可以計算出來的，只是比較復(fù)雜罷了。
理論估算出氣動元件和氣動回路的性能是開創(chuàng)性的研究工作，需要不斷豐富氣體力學(xué)知識，也需要探索氣動元件內(nèi)的流動特性，希望有更多的有志者加入這個行列，為中國氣動技術(shù)的騰飛做出貢獻。
本書在這方面的研究工作只算是一個起點，免不了存在一定的缺點和錯誤，歡迎讀者批評指正。
完成本書，不由懷念起北京航空航天大學(xué)的恩師陸士嘉教授、徐華舫教授、伍榮林教授等傳授給我們的真知，培養(yǎng)了我們嚴(yán)格的科學(xué)作風(fēng)，使我們一生受益匪淺。
在此，感謝SMC（中國）有限公司的張士宏博士、國家氣動產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心原副主任惠偉安高工等對本書內(nèi)容做出的貢獻。
我年事已高，兩年多時間內(nèi)全身心投入寫作中，夫人董玉琴女士對我的工作大力支持和生活上精心照顧，在此表示衷心的感謝。

徐文燦教授
2022年10月于清華園