Учебный прибор по термодинамике Советский патент 1990 года по МПК G09B23/16 

Изобретение относится fK учебным наглядным пособия{ Г по термодинамике, может найти применение в учебных лабораториях технической термодинамики и общей теплотехники.

Цель изобретения является расширение дидактических возможностей за счет моделирования циклов трансформаторов тепла о

На фиг, 1 показана принодпиальная схема учебного прибора; на фиг. 2 диаграмма моделируемого цикла псвьппающего термотрансформатора; на фиг.З условная схема реализации повьшающего термотрансформатора; на фиг. 4 - диаграмма моделируемого цикла понижающего термотрансформатора; на фиг.5 условная схема реализации понижающего трансформатора; на фиг. 6 - принципиальная схема с дополнительными потребителями.. Учебный прибор по термодинамике имеет первый электрический контур, содержащий источник 1 постоянного тока, имитатор 2 парогенератору, состоящий из внешней ши«ы 3, внутренней шины 4 и параллельных проводников 5, имитатор 6 конденсатора пара, состоящий из внутренней шины 7, внешней шины 8 и параллельных проводников 9, имитатор 10 нагнетателя в виде электрогенера тора постоянного тока, имитатор 11 турбины в виде электродвигателя.постоянного тока измерителя 12 и 13 потока энтропии (амперметры) , отградуированные в единицах потока энтропии, и реостаты 14-16 о

Последовательно включенные шина 4 амперметр 13, имитатор 11 турбины, шина 7, имитатор 10 нагнетателя, амперметр 12 образуют первьш замкнутьй электрический контур о Отдельно установлен вольтметр 17,отградуированньш в единицах температуры, с гибким зондом 18„

Дополнительно прибор имеет второй электрический контур, содержащий: имитатор 19 испарителя, состоящий из внешней шины 20, внутренней шины 21 и параллельных проводников 22, имитатор 23 конденсатора, состоящий из внутренней шины 24, внешней шины 25 и параллельных проводников 26, иьмтатор 27 турбонагнетателя (компрессора в виде электрогенератора постоянного тока, имитатор 28 турбодетандера в

.виде электродвигателя постоянного

тока, имитатор29 дросселя в виде постоянного резистора, измерители 3D и 31, потока энтропии (амперметры) отградуированные в единицах потока энтропии, реостаты 32 и 33, причем имитаторы 27 и 28 нагнетателя и турбодетандера кинематически соединены посредством разъемной муфты 34, а посредством разъемной муфты 35 имитатор 27 турбонагнетателя съединен с и итатором 11 Турбины. С имитатором 10 нагнетателя кинематически связан двигатель 36 собственные нужд. Посредством выключателя 37 между собой связаны внешние шины 3 и 20, а посредством выключателя 38-внешние шины 8 и 25 о

Выключателем 39 внешняя шина 23 через реостат 33 подключается к нулевой шине, к которой через реостат 32 выключателем 40 подсоединяется внешня шина 20о

Переключателем 41 измеритель 31 потока энтропии подключается к имитатору 28 турбодетандера или к имитатор 29 дросселя. Посредством разьемной :. муфты 35 к имитатору 11 турбины под-, ключается также генератор 42 полезной нагрузки с нагрузкой 43 и ваттметром 44. ,

Учебный прибор по термодинамике работает,следующим образом.

В первом режиме имитируется работа тепловой электростанции.

Для этого вьшодится из работы второй электрический контур, что дости- гается его отключением от первого контура, а имитатор 11 турбины посредством разьемной муфты 35 кинемати-чески соединяется с генератором 42 полезной нагрузки.

Потенциал отрицательного полюса источника тока имитирует абсолютный нуль температур, а нулевой потенциал Земли имитирует температуру окружающей среды t, , так что измеритель 17 температуры (вольтметр) может измерить эмпирическую температуру в- лю- .бой точке схемы относительно этой среды.

Разность показаний амперметров 13 и 12 дает разность потоков энтро-; пни через турбину 11 и нагнетйтель 10. Произведение этой разности на абсолютную температуру подвода тепла в парогенераторе (т.е. на потенциал имитатора парогенератора 2 относительно отрицательного полюса источника тока 1) дает подведенную tB единицу 515 времени) теплоту. Произведение этой разности на температуру отвода тепла в конденсаторе 6 пара (на его потенциал относительно отрицательного полюса источника 1 тока) дает отведенную (в единицу вр емени) теплоту Разность этих теплот дает соответствующее значение теоретической полезной работы прямого цикла Карно, а действительная полезная работа этого цикла равна: разности показаний ваттметров генератора полезной нагрузки и дви-гателя собственных нужд. Варьируя . реостатами 14-16 потенциалы имитаторов парогенератора 2 и конденсатора 6 пара, можно проследить влияние соответствующих температур на эффективност прямого цикла Карно. Фиг„б иллюст- рирует работу в первом режимео Во втором-пятом режимах модулируются обратные циклы Для этого выводится из работы первый электрический контур, что достиггается его отключением от второго контура. Имитатор 27 нагнетателя работает в режиме генератора, вызывая внут:реннюю циркуляцию тока по второму замкнутому электрическому контуру и внешнкж) циркуляцию нулевая шина-рео- стат 32 -имитатор 19 -имитатор 27 амперметр 30 -имитатор 23 конденсатора -реостат испарителя -нулевая шина 33 Амперметр 30 измеряет сумму обоих токов циркуляции, которая имитирует поток энтропии через нагнетатель (компрессор), Амперметр 31 измеряет ток внутренней циркуляции, которьй имитирует поток энтропии через турбодетандер (если резистор 29 отключен) Ток внешней циркуляции равен разности показаний амперметров 30 и 31„ Во втором и третьем режимах модели руются обратимые обратные циклы Карно во влажном паре, совершаемые соответст венно холодильной машиной с турбо- детандером и тепловым насосом с турбо детандером, / Для этого отключается имитатор 29 дросселя, а имитаторы 27 и 28 компрес сора и турбодетандера соединяются ки- нематически разъемной муфтой 34, так что имитатор 28, работающий в режиме двигателя вместе со вспомогательным двигателем, является приводом имитато ра 27 компрессора (подобно тому, как в воздушной холодильной установке детандер вместе с внешним двигателем яв ляется приводом компрессора) Произведение разности показаний амперметров 30 и 31 на потенциал имиг татора 19 испарителя (относительно отрицательного полюса источника тока 1), являющийся аналогом температуры подвода тепла в испарителе, дает подведенную теплоту (в единицу времени), Произведение этой разности на потенциал имитатора 23 конденсатора (относительно отрицательного полюса источника тока), являющийся аналогом температурь отвода гепла в конденсато ре, дает отведенную теплоту (в единицу времени)„ Разность этих значений дает соответствующее значение теоретической затраченной работы обратимого обратного цикла Карно. В четвертом и пятом режимах моделируются циклы трансформаторов тепла Дпя этого посредством разьемной муфты соединяются имитатором 11 турбины первого контура и имитатор 27 нагнетателя второго контура Тем самым имитируется привод компрессора обратного цикла не за счет затраты внешней работы, а за счет работы, полученной в прямом цикле термотранс- форматора При этом прямому и обратному циклам трансформатора соответствуют nepBbrir и второй электрические контуры прибора. В четвертом режиме моделируется цикл повышающего трансформатора Для этого шина 20 второго контура выключателем 40 отключается от нулевой шины выключателем ,соединяется с шиной 3 первого контяэа Одновременно выводится реостат 16„ Равенство потенциалов на шинах 3 и 20 имитирует равенство верхней температуры прямого цикла и нижней температуры обратного цикла - это единая температура подвода тепла в обоих циклах, равная температуре общего естественного тепла в обоих циклах, равная температуре общего естественного источника Т .Создаваемьй имитатором 27 нагнетателя более высокий потенциал имитатора 23 имитирует температ фу искусственного горячего источника Т ч f, На фиг„ 2 показана диаграмма повышающего цикла в T-S координатах, где Т - абсолютная температура. К; S - поток энтропии Цифра I и стрелка -- означают прямой (силовой) цикл в составе сложного (бинарного) цикла, каковым является цикл транформатора тепла. Цифра II и стрелка означает обратньй (холодильный) цикл в coci таве циклатрансформатора. 6 пятом режиме моделируется цикл понижающего трансформатора. Для этого шина 25 второго контура выключателем 39 отключается от нулевой шины и выключателем 38 соединяется с шиной 8,. первого контура. Одно временно вьюодится реостат 14. Равенство потенциалов на шинах 8 и 25 имитирует равенство нижней температуры прямого цикла и верхней температуры обратного цикла - это единая температура отвода тепла в обоих циклах, равная температуре общего естественного источника Tg, Создаваемый имитатором 27 тзтрбонагнетателя более низкий потенциал имитатора 19 испарителя имитирует температуру искусственного холодного источника Электрическая мощность на шине 25 является аналогом теплоты, отводимой в обратном цикле к общему источнику Tg о Электрическая мощность на шине 20 является аналогом теплоты, подводимой в обратном цикле при температуре Т и Tgc Реостат 32 между шиной 20 и землей является аналогом тер.мического сопротивления между искусственным холодным источником и окружающей средойо Положительньй эффект изобретения заключается в возможности моделирования на одном стенде как одноконтур ных прямых и обратных циклов, так и двухконтзФньк циклов трансформаторов тепла, а также в возможности сравнения разных путей получения иркуственных теЬшератур, что позволяет повысить обучающий эффект. Формула изобр е т е н ,и я Учебный прибор по термодинамике по авт, св.№ 1337911.отличающийся тем, что, с целью расширения дидактических возможностей, за счет моделирования циклов трансформатов тепла, он содержит имитатор испарителя и имитатор конденсатора, выполненные аналогично имитатору парогенератора, имитатор турбодетандера, выполненный в виде электродвигателя постоянного тока, имитатор дросселя. вьшолненный в виде постоянного резистора, дополнительные реостаты, дополнительньй измеритель потока энтропии, переключатель, выключатели и кинематические муфты сцепления, при этом имитатор компрессора через первую кинематическую муфту сцепления связан с имитатором турбины, а через вторую с имитатором турбодетандера, имитатор компрессора через внзггреннюю шину имитатора испарителя соединен с имитатором турбодетандера и имитатором дросселя, третий измеритель потока энтропии через.последовательно соединенные внутреннюю шину имитатора конденсатора и дополнительньй измеритель потока энтропии связан с подвижным контактом переключателя, первая клемма которого соединена симитатором дросселя, а вторая - с имитатором турбодетандера, при этом внешние шины имитаторов конденсатора и испарителя через последовательно соединенные соответствующие выключатели и дополнительные реостаты соединены с нулевой шиной и через соответствующие выключатели - с внешними шинами имитатора конденсатора пара и имитатора парог генератора соответственно о I

r.

Тц

Ж

Изобретение относится к учебным наглядным пособиям по теоретической теплотехнике. Цель изобретения - расширение дидактических возможностей за счет моделирования циклов трансформаторов тепла. Учебный прибор по термодинамике включает соединенные в замкнутый контур имитаторы парогенератора 2, конденсатора 3 пара, выполненные в виде токопроводящих шин, имитаторы нагнетателя 10 и турбины 11, выполненные в виде электромашин постоянного тока, кинематически связанных с имитаторами компрессора 27 и турбодетандера, включенных в другой замкнутый контур, в который входят имитатор испарителя 19 и имитатор конденсатора 23. В каждом контуре установлены измерители потока 12,13,30 и 31 энтропии и реостаты 16 и 15. Имитатор 17 измерителя температуры через зонд 18 может подключаться к любой точке схемы. Коммутаторы 37-40 подключают на нулевую шину через реостаты 32 и 33 внешние шины имитаторов. 6 ил.

({w//A Г ;/У/У/)//ХХ

/.t

IHi.

f-r

r

;/

8т T

.Z

71 j ж

Q ото

Q rroffB

ue.Z

X

О

s К

г4

УУУУУУУХ/ХХХХХ х