Учебный прибор по термодинамике Советский патент 1987 года по МПК G09B23/16 

13

Изобретение относится к учебным пособиям по теплотехнике и может быть использовано при изучении курса термодинамики и общей теплотехники.

Цель изобретения - повышение демонстрационного эффекта путем обеспечения контроля параметров теплофизи- ческих величин.

На фиГс представлена принципиаль- ная схема прибора; на фиг.2 - то же пример исполнения с приводом имитатора нагнетателя от двигателя собственных нужд; на фиг.З - моделируемый прямой обратимый цикл Карно в коор- динатах температура - поток энтрсяши; на фиг.4 - имитируемая тепловая схема по фиг.I о

Учебный прибор содержит источник 1 тока, измерители теплофизических вели чин - вольтметр 2, амперметры 3 и 4 и ватметр 5, а также генератор 6 полезной нагрузки. К разнополюсным клеммам источника I тока подсоединены имитаторы 7 и 8 соответстиенно парогене- ратора и конденсатора пара, каждьн из которых состоит из двух токопронодящи шин 9, связанных между собой парал лельно соединенными проводниками И).

Имитатор 11 нагнетателя выполнен в виде генератора, а имитатор 12 турбины - в виде двигателя.

Валы всех электрических маиин 6, 11 и 12 кинематически связаны между собой о

Шкала вольтметра 2 отградуирована в единицах температуры, шкала амперметров 3 и ч - и единицах потока энтропии.

Схема учебного прибора, представ- ленная на фиг.2, отличается от схемы на фиг. 1 тем, что на одном валу с I e- нератором 11, имитирующим нагнетатель, установлен двигатель 13 собственных нужд, включенный в сеть пере- менного тока через BTopoii ваттметр 14 Кроме того, первые шины 9 имитаторов парогенератора и конденсатора подсоединены к клеммам источника 1 тока через реостаты 1 З и Ih, а клемма вольтметра 2 подсоединяется к любой точке контура через гибкий зонд 17.

Действие учебного прибора осн вано на известной н общей термодинамике аналогии между электрическими и теп- ловыми величинами, а именно меж:1у потенциалом и температурой, между зарядом и энтропиен, между тoкo и потоком энтропии (по П К энтропии S-го

Q ,

о 1)

о

„

5

1 I2

энтропия, переносимая рабочим телом через данное поперечное сечение канала в единицу времени, поток энтропии связан с удельной энтрогтией и массовым расходом том же сечении соотношением ).

Благодаря этой аналогии стационарные поточные процессы изменения агрегатного состояния в теплообменниках (в области влажного пара - это изо- барно-изотермические процессы без совершения механической работы, т.ег. с энергообменом только за счет отвода или подвода тепла могут быть смоделированы электрическими процессами в сборных шинах, при этом изменение потока энтропии вдоль канала теплообменника при постоянной температуре моделируется изменением электрического тока вдоль uiHHM при практически неиз- мешчом потенциале.

Адиабатные (с энергообменом только за счет совершения механической работы) процессы в лопаточных машинах могут быть смоделированы электрическими процессами в машинах постоянного тока, при этом разность температур на входе и выходе тепловой машины моделируется разностью потенциалов на клеммах электрической машины, а изоэнтропность обратимого адиабатного процесса моделируется неизменностью электрического тока.

Для создания циркуляции электрических зарядов (требуемые направления токов показаны на фиго стрелками) имитирующей циркуляцию переносимой рабочим телом энтропии, необходимо чтобы и пlтaтop нагнетателя работал в режиме генератора, а имитатор турбины - в режиме двигателя.

Учебный прибор по фиг.1 работает следующим образом.

Разность измеряемых амперметрами 3 и 4, отградуированными в единицах потока энтропии, гтотоков через турбины ST и нагнетатель S (фиг.З) представляет собой основание цикла Кар- но, а разность температур верхнего и нижнего источников тепла, которая измеряется вольтметром 2 - высоту цикла. Произведение этих разностей представляет собой работу обратимого цикла Карно.

Действительная полезная нагрузка, вырабатываемая генератором 6, измеряется .в; .ттметром 5.

13

Учебиьи прибор по фиг.2 рпботает следук ишм oGpa-joM,

Произведение разности nciTOKOB энтрогтии, naMepeinfort амперметрами 3 и 4, на температуру имитатора 7 парогенератора, измеренную вольтметром 2, дает подведенное в единицу времени тепло в теплоприемиике, а произведение этой разницы на темпера- туру имитатора 8 конденсатора - отведенное в единицу времени тепло. Разность этих теплот дает работу цикла Карно.

Действительная полезная нагрузка равна разности показаний ваттметров 5 и 14 - двигателя собственных нужд и генератора полезной нагрузки„

Изменяя посредством реостатов I5 и 16 потенциалы на пмнах 9, можно проследить влияние температур парогенератора и конденсатора (т,е„ влияние температур подвода и отвода тепла) на экономичность цикла Карно, а также установить один из предельных случаев (если замкнуть шину 9 имитатора 8 конденсатора пара на землю). В этом случае нулевой потенциал земли имитирует абсолютный р{уль температуры в процессе отвода тепла-.

Изобретение обеспечивает возможность моделирования нереализуемого на практике, но важного теоретически обратимого цикла Карно с прямым измерением аналогов тепловых парамет- ров, характеризующих цикл, в том числе таких, которые вообще не поддаются непосредственному измерению. Предлагаемый прибор характеризуется простотой конструктивного исполнения, обслуживания и ремонта, постоянной готовностью к работе, практически

1 I

мгновенными в,1ходом па реи1м и сменой режимов

Формула изобретения

Учебный прибор по т(pмoди a n кe, содержащий последовательно соединенные имитаторы парогенератора, нагнетателя, конденсатора пара и турбины, отличающийся тем, что, с целью повышения демонстрационного эффекта путем обеспечения контроля параметров теплофпзических величин, он содержит источник тока, измерители теплофизических величин, выпол- не1шые в виде вольтметра, амперметров и ваттметра, параллельно которому подсоединен генератор полезной нагрузки, при этом имитатор нагнетателя выполнен в виде ге)1ератора тока, имитаторы парогенератора и конденсатора пара выполнены в виде двух токопроводяших шин, связанных между собой парггллельно соединенными проводниками, а и п тaтop турбины выполнен в виде электродвигателя, при этом разнополярные клеммы источника тока соединены с каждой первой токопрово- дящей ишной и с соответствующей клем- Moii вольтметра, а первая клемма генератора тока последовательно соединенные первый амперметр, вторую токопро- водящую шину имитатора парогенератора и второй амперметр связан с первой клеммой электродвигателя, вторая клемма которого через вторую шину имитатора конденсатора пара подсоединена- к второй клемме генератора тока, причем калы обоих j-енераторов кинематически связаны с валом электродвигателя о

(ригг

g//

(ригЗ

Изобретение касается учебных пособий по термодинамике и позволяет повысить демонстрационный эффект Прибор содержит источник тока 1, измерители теплофизических величин 2, 3,4,5 и генератор полезной нагрузки 6. К разнополюсным клеммам источника 1 подсоединены имитаторы парогенератора 7 и конденсатора пара 8, состоящие из токопроводящих шин 9, связанных проводниками 1 ОJ Имитатор нагнетателя 11, имитатор турбины 12 и генератор 6 кинематически связаны между собой. 4 ил. (Л со с Фиг.1

/ггеп/та

И I U И

N

//

х

Xl

2

Y TlYlY

гле/7/га фигЛ

Редактор АоОгар

Составитель В.Тюрин Техред М.Ходанич

Заказ 4134/А8 Тираж 433Подписное

ВН11ИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.А/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Корректор М.Пожо