Учебный стенд по технической термодинамике Советский патент 1987 года по МПК G09B23/16 

Изобретение относится к учебным наглядным пособиям, в частности для демонстрации принципа работы и теплотехнических процессов в лабораториях общей теплотехники, технической термодинамики и т.п.

Цель изобретения - повышение наглядности и расширение диапазона решаемых задач путем моделирования термодинамических процессов гидравлической имитацией.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема учебного стенда но технической термодинамике; на фиг. 2 - схема замкнутого гидравлического контура; на фиг. 3 - моделируемый цикл Карно в зависимости от температуры Т и удельной энтропии S; на фиг. 4 - то же, в зависимости от температуры Т и величины потока энтропии S.

Учебный стенд по технической термодинамике содержит образуклаис замкнутый контур г.ослолователыю не ни ые им и - таторы нагнетателя 1, теплоприемника 2, паровой турбины 3 и теплоотдатчика 4. Учебный стенд имеет п акже распо. ю/кепные н;.1Д и под замкнутым контуром емкости 5 и 6 Д.ЛИ нодачи и отвода жидкости, соединенные соответственно с имитаторами тенлоприем- ника 2 и теплоотдатчика 4 посредством системы наралле, 1ьных трубок 7 и 8, и обратный клапан 9, установ.лепньн между таторами нагнета 1 еля 1 и теплоириемника 2. При этом имитатор 2 теплоприемника выполнен в виде конфузора, а имитатор 4 теплоотдатчика - в ви;.1,е диффузора (фиг. и 2).

Кроме того, па входе емкости 5 для подачи жидкости и на выходе емкости 6 для ее отвода установлсн ы расходомеры 10 и И, отградуированн 1е в единицах потока энтропии, и регулируемые гидравлические сопротивления 12 и 13 соответственно.

На одном валу с имитатором 1 nanie s-a- те;1Я установлен элекгридвигатель 14 собственных нужд, а на одном валу с имига1чь ром 3 паровой турбины -- электрогенератор 15 полезной 11аг1)узки, к клеммам которого подключс :i U ,1 ;vi4 p 16 г отреби ; , : И электроэнергии.

Принцип ;|,ойс св; я у ;обпо; стенда основан на известной i; общей термодинамике аналог ни тс 1ловыми и гидромеханическими неличинами - между темнер-а- турой Т и пано)О.м И. а также между чин(й потока эитрО111 и S и eccoiibiM расходом G (под потоком ЭНТрО и |И ПОПИМсК П ч

эптрония, переносимая рабоч:-;:, вешестпом через HonepenHi je сечение канала в еди1П1- ну вре.менн; ноток эггг-рипии Сг.язан с мас. о- вым расходом М и уделькой энтропией S в том же сечении cooTiionieHHeM S ---- AVS). Благодаря этой ана,;1О: ии -тацнонариые поточные процессы без совершения механической работы в тенлообменниках (в области насыщения это изобар110-изотермь:ые процессы) можно смоделировать cTai-iuno- нарными гидравличес1 илп1 гптоцесскми i/, к;:

0

5

0

5

0

налах переменного расхода. При этом изменение потока энтропии (а значит и удельной энтронии) в теплообменнике за счет подвода или отвода тепла при постоянной температуре моделируется изменением расхода жидкости вдоль канала, имитирующего теплообменник, за счет подвода или отвода этой жидкости через боковые стенки при постоянном напоре. Неизменность напора вдоль канала обеспечивается таким сочетанием геометрических раз.меров и гидравлических режимов, при котором можно пренебречь кинетической энергией и гидродинамическим сопротивлением. Если эти каналы выполнить плоскими, при условии постоянства скорости один из поперечных размеров канала пропорционален расходу, в этом случае расширение или сужение канала имитаторов теплообменника и теплоотдатчика 1 аглядно передает изменение удельной энтропии и потока энтронии {фиг. 3).

.Л.аяабатные процессы в 1а)овых /юпа- точных машинах мо;|.елируются такими же процессами в гидрав.ли -еских лоиаточных машинах. При этом разность температур па входе и выходе паров.ых . юпаточных машин, входящих в те1ь:1овую схему, реализующую цикл Карно, моделируется разностью напоров на входе и выхолс гидравлических машии лабораторного стенда. Изоэнтроп- ность адиабатного иронесса в паровой ло- наточной машине юде.чируется постоянством расхода жидкости вдоль гидравлической .машины на да11но.м режиме.

Стенд работает следующим образом.

Жидкость под действг;ем собственного веса перетекает из емкости 5 в е.мкость 6

)v:io) 2, имитатор 3 }фузор и трубки 8. свер.ху вниз через :;тпу;от напор, амитат(оом, и обратный с га пионар ном еч имитатор 3

через трубки 1, к паровой турбины, 11еретека1н«о жи..1 г;сг1 имитатор 1 liJM iiOTM Г - .п i создаваемый этим клапан 9. Таки.м ot p ;v:;;, режиме расход IKI-MKOC .M

5

0

паровон туроины |)аве : cv ,;,()В; )асхода чепе..-; v:,,-:.. .1я и расхода из еглкости Характеристика и 1 а1 нетателя лодбир ис тсй создаваемый .IM Haiioji соответствовал напорам в каналах nvr-ir;-торов тсплонриемни- Kii п те11лоотдатчика. Б.лагодаьч- разности расхол,(-;в жидкости чеос: имитатог. турбины 3 и через имитатоэ 1 Moiiiuociij, вырабап п аемая эл( К|- тором 15 и ;1от;;еб 1 1ел а ; илитГсГ потребителя электроэ11:ергии (,лам i

и 1ц, li емкостях тируют течмератхО.ЛОДН01Ч) ИСТОЧПИ-... f

. V Г;| О.,. ;i X I,

икает мощность, сотн элсктро;1вигателем I Уропнн ()ст1; Мц .) V. ( соответственно :-;A;II pi) Тг и Ij; ropHMCi o и 1

ХОВ .iu.

имитаторы паровой турбины (гидравлическую турбину) 3 и через нагнетатель 1 имитируют потоки энтропии ST и S через паровую турбину и через паровой компрессор соответственно. Разность уровней Hg -Н„ моделирует высоту . Карно Т,. -Т . Разность расходов От-GH моделирует ширину (основание) этого цикла в координатах: температура - поток энтропии. Эта разность измеряется любым из двух установленных расходомеров (при условии ста- ционарности гидравлического режима, индикатором стационарности служит одинаковость показаний расходомеров 10 и И), которые отградуированы в единицах потока энтропии. Произведение этих разностей (площадь цикла) фиксируется в единицу времени (фиг. 4).

Произведение Tr-() измеряет подведенное в единицу 1фемени тепло в исп.а- рителе, а ироизведепие TX (S,.-S.) -- отведенное в единицу времени теп.ю в KOI-;- денсаторе. Разность этих теплот дает полезную работу (эксергию). Действительная полезная на1 рузка равна разности показаний ваттметров электрогенератора 5 и двигателя 14 собственных нужд. Варьируя при помощи регулируемых сопротивлений 12 и 13 уровни жидкости в емкостях 5 i; ( можно проследит1 влияние температур Т,- и (в обратном цикле ними являются соответственно температуры подвода и ог- вода тепла) на термический и эксергети- ческий коэффициенты полезно о де1 и:1вия.

Положительный эффект предлагаемого стенда заключается в возможности Л1оде. 1п- рования нереализуемого на практике, но важного теоретически, цикла Ка|5Н() с наглядным представлением изменения потока

Подвод

5

0

0 Q

епла

энтропии и удельной энтропии в теплообменниках и с прямым измерением аналогов тепловых величин, характеризующих цикл, в том числе таких, которые вообще не поддаются непосредственному измерению. При это.м в отличие от известных моделей теплосиловых установок гидродинамические модели обладают весьма малой инерционностью, что позволяет быстро выводить их на стационарный режим и быстро менять режимы.

Формула изобретения

1.Учебный стенд по технической термодинамике, содержащий образующие замкнутый контур последовательно соединенные имитаторы нагнетателя, теплоприемника, паровой турбины и теплоотдатчика, отличающийся тем, что, с целью повьпиения наглядности и расширения диапазона рен1аемых задач путем моделирования термодинами- lecKiix процессов гидравлической пмита и1ей, он имеет расположенные над и под контуром емкости для подачи и отвода жидкости, соединенные соответственно с имитаторами тег1ЛО11риемника и теп.чоотдатчика пос)едст- вом системы параллельных трубок, и обратный клапан, установленный между имитаторами нагнетателя и тегтлоприемника, при этом последний выполнен в виде конфузо- ра, а импгатор теп, 1оотдатчика - в виде диффузора.

2.Стенд по п. 1, отличающийся тем, что на входе емкости для подачи жидкости и на выходе емкости д, 1я ее отвода установлены расходомеры, отградуированные в единицах потока эптропии, и регулируемые гидравлические соП|К)Т11В, 1енпя.

t i i

©-ff

L,.

i1

t.t f tf

Urn 5О If тепла фиг. 2

i1

t f

Редактор Н. Рогули ч Заказ 1439/44

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

(раг.З

Фиг.

Составитель Т. Григорян

Техред И. ВересКорректор А. Зимокосов

Тираж 434Подписное

Изобретение относится к учебно-лабораторному оборудованию по теоретической теплотехнике. Учебный стенд позволяет повысить наглядность моделирования прямого цикла Карно в области насыщенного влажного пара на основе гидроаналогии температуры и потока энтропии. Учебный стенд имеет замкнутый гидравлический контур, содержащий последовательно соединенные ги1Ь- равлические имитаторы нагнетателя 1, теп- лоприемника 2, паровой турбины 3 и тепло- отдатчика 4. Причем имитатор теплоприем- ника 2 выполнен в виде конфузора, а и.ми- татор теплоотдатчика 4 - в виде диффузора. На входе емкости 5 для подачи жидкости в замкнутый контур и на выходе емкости 6 для ее отвода установлены расходомеры 10 и 11, отградуированные в единицах потока энтропии, и регулируемые гидравлические сопротивления 12 и 13. Уровни жидкости в емкостях 5 и 6 и.митируют температуры горячего и холодного источников тепла. Расходы жидкости через имитатор паровой турбины 3 и через имитатор нагнетателя 1 имитируют потоки энтропии. 1 з.п. ф-лы. 4 ил. с Р (Л ix)f:a П 10 со о со о (jO