Учебный стенд по технической термодинамике
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, теплоприемника 2, паровой турбины 3 и теплоотдатчика 4. Причем имитатор теплоприемника 2 выполнен в виде конфузора, а и.митатор 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
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 G 09 В 2316
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВV
Б яйся)" 3,,;-"
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4057622/31-12 (22) 14.01.86 (46) 07.05.87. Бюл. № 17 (71) Красноярский политехнический институт (72) И. И. Андреев и Ю. А. Пшеничнов (53) 621.593 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 653622, кл. G 09 В 23/16, 1977. (54) УЧЕБНЫИ СТЕНД ПО ТЕХНИЧЕСКОЛ ТЕРМОДИНАМИКЕ (57) 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 гидравлические имитаторы нагнетателя 1, теплоприемника 2, паровой турбины 3 и теплоотдатчика 4. Причем имитатор теплоприемника 2 выполнен в виде конфузора, а имитатор 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 имитируют температуры горячего и холодного источников тепла. Расходы жидкости через имитатор паровой турбины 3 и через имитатор нагнетателя имитируют потоки энтропии. з.п. ф-лы. 4 ил.
1309073
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 тсрмодинамических процессов гидравлической имитацией.
На фиг. 1 представлена при!щипиальная схема учебного стенда по технической термодинамике; на фиг. 2 — схема замкнутого гидравлического контура; на фиг. 3 — моделируемый цикл Карно в зависимости от температуры T и удельной энтропии S; на фиг. 4 — то же, в зависимости от температуры Т и величины потока энтропии $.
Учебный стенд )10 технической термодинамике содержит обрызующис зымкнутый
K0tl ГУ!) Ilo".I(10 33 rC,! )>I) Î СОЕДИ tj() НН 1>!С и. .1«вЂ таторы Ягнстятсля 1, теплоп рнсм ника 2, паровой турбины 3 и тс))лоотдятчикы 4. У )сбныи c l с! I. 1 им с(1 Гя кжс !) Hсli олО?f((. ни ыс I <)ä и под замкн<тым контуром смкости 5 и 6
Д.lя подачи и (>Гводя жидкости, соединенные соответственно с имитаторами тсплоприсмника 2 и те)1„!Оотдытчикы 4 посредством си(.— тсYlû паряллс,!ьньгх трубок 7 и 8. и (>брытный KBBIIBII 9, у(тя нов.:!PI)HI!!! Между им 1)татора>тыя сл я 1 и Tclf.!0)1!)исм I IH vH 2.
При этом имитатор 2 теплоприемникы Вьшол»et4 В )3»1,1с конфузоры, Я имит«то>? 4 тсплоотдытчика --- k3 <зиде диффузора (фиг. 1 Ii 2)).
Кроме того, на Входе емкости 5 для подачи жидкости и ня выходе емкости 6 для се отвода установлены расходомсры 10 и 1, ОТГРЯДУH()0133)) tft>IP В СДИНИ) BX !IOTOKB BIITP( пии. и регулируемые гидравлические collp0ти))лсниГ! 12 и 13 cooTBETcT13p>))ИО.
На одном валу с и )ит(!тором ныгпс)ятслн установлсн элскгрo;!)н!ГЯГСГ!ь !4 собстВ()ННЫХ kI>f(kì Ям Ko ) 0p0l 0 н(> (;tto«ci! H i «" ) ",; 16 i .Отрс(>и.l(;,1
ЭЛШСГРОЭНС!) и< и. (1 ри нпи i, i< исз В.I > (" )i сc(и! О <: с r<.!;13 (>< 0
k3clll ня известной 1> 00)пей l(pklo,lи ням ике
àHà 10I ии мсil )схяНИЧССКИМ И ВСЛ и(!ИН ЯМ и -- i>IP КДУ ТЕМ И<С<>H— турой Т и Hk))to()()M 11, H тяк?к(Ipivд; В 1ii1I(>i1 НО)()KВЫМ
ДОМ (> (110;I. ПО!ОКК) ЭНТР<. ),);;. «ОНИ .:,)СГ(Н э)lтро))ия, IIС))()ноcfi ) d)1 pяб(> Ь.:!ЯГÎдяря -это!! ы:)ыло.ии (тыцпо)шр)<ыс поточные процессы без соверн)ения мсхя>)ичсской работь! в T(llлообмсн) >!ика х (В Об.;13CTH н«сl>1111(ния BT(HBoá3;))10-HBOTCj>(fi!I>)C процессы) можно смоделировать сT;il!(i)i<)lI 3 0k)I>l(I И ГИД <313)I HЧС lf) i (I fi !1))(li >(\ =.1>:, 1! «)(<— 4О 45 . )(3 55 налах переменного расхода. При этом изменение потока энтропии (3 значит и удельной энтропии) в теплообменнике за счет подвода или отвода тепла при постоянной F 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 размеров и гидравлических режимов, п ри котором можно пренебречь кинетической энергией и гидродинамическим сопротивлением. Если эти каналы выполнить плоскими, и ри условии постоянства скорости один из поперечных размеров канала пропорционален расходу, В этом c,чучае расширение или сужение каналя имитаторов тен,нюбмснника и тепло(г!"Дят >икы <;ыг..ядн нс), .ëàåò изгмснение удельной э)п.ронни и потока энтропии (фиг. 3). Ад>)ыб>(лныс )!ро <, CPI) В паровы:(ло):ы! ID;I P(K)TC kt f 3 KH!>I H H(C процессами В гидряв,)и:еских лопаточных м<ышинях. 11ри этом разность температур на входе и вь<ходс !Яровы< лонаточных маillHH, ВХОДЯЩИХ Н Т<:ll. 0;. > >0 СХЕ:(1(, РЕЫЛИЗУЮIklvK) цикл Карно, м >дел (рустся разностью напоров на Входе и, ых<>д(. Ндрявличсских машин лабораторного стен.(>. Изоэнтропность адиябатного про! cc3 В паровой лопаточной маши и: )(,!p.HIðóñTckt пocToÿíством рысхода ?vè 1»(>c Ги )3. !Оль гидравличесKO И М d Ш И 14 Ы i l B,"(Ы i > Н 0 М:.? (ж И.", i С. (.Тс)!д работает сл(>дующим образом. <г(Х:!ДКОСТ) ii(!,1, ДОИ С) В ::С:1 OOC В(.ННОГО веса перетекает из < м кости 5? в емкость 6 через тоубки 7. к. Г >) )О.> 2, их) итытор 3 паровой турби ны.; и.j>ô,(30() и труоки 8. 11срстекяни!о rKH:t)().! СВ< (>х(вниз через и)l)ITdTop 1 liя: <«:;::;>гili!!«Г);укп )ы!1! Нтя Г ;>!) 031. H Об j)d 1 ный клапан 9. Таким 0(p:::;:;.;. В с)ыционырном J)c?t(If>I p ряс. (О;1 I(I! !!;<> "! < ppH )! >)и тdTop 3 1(яровой турб) llы !) ы век с, ммс irk>i, рясх0д33 из с г! кос:, и 5 В смкОсть 6. <(H РЯ ктсРН I H кы ki;. P .! Ii >IH! . 1:)!>ДОИP )1< Т ;; ТЯНИ. IH, ЧТООЫ <. >3 1В <3H(>М Ы И:) М H I! l(> I> < 0<)Ã)3(TCTki<)!33. f НЫ)10!> ЫМ )3 КЯ!1Я. !Як Il "М ЯТ< Òi?((33 С )! 10))7ИСХI НИК; И !С))г)00 ГДЯТЧГ!КЯ. Г)Г! Я).013 „)»! РЯЗ:< ОСТИ РЯС (>Д(?П ?КИ1КОСТИ Ч(ОС. k;(IИ ;Я".Х>г. V!Ii!. 01!>й Г > p>бИ ))Ы > H !Сp! 3 !1М ИТЯ rOD 1 I H I I)CT3T<. (i!i м О и i! 0 c I >, i3 i >i P <3 (> 3 . I 13 <3 с." Я " э I < . Г 1 < >! (I l < Р <3 ! )I?Ом < Э H !101;, C(! i )<.. М f <)О) (?еб!) !е<)я эл("rp03!!ср! Н») (лым щ)чкой) > н) lii ;!. () <Иппо:11,. «:, Н(б>л<)с:;! "«> из (.) Т)! ),1 K) РО.(<3)!Г<ЗТС,)< (! J)0)3 I! H iI(П ДК<)«." .: t >> )! !» !> С)) КОСТЯХ I! I) СОО i ВГ<)< Т))С. <)!<> ., .II, )!i. (Ê)Ò ТС I:I< !)ЯТМ1г !< x !О >I "<ч <>:! х() !(> !)!01(» - -") 0<- ни,>3 > 1309073 имитаторы паровой турбины (гидравлическую турбину) 3 и через нагнетатель 1 имитируют потоки энтропии S» и Ь„через паровую турбину и через паровой компрессор соответственно. Разность уровней Н, — Н„ моделирует высоту. цикла Карно ҄— T Разность расходов G„— б„моделирует ширину (основание) этого цикла в координатах: температура — поток энтропии. Эта разность измеряется любым из двух установленных расходомеров (при условии стационарности гидравлического режима, индикатором стационарности служит одинаковость показаний расходомеров 10 и 11), которые отградуированы в единицах потока энтропии. Произведение этих разностей (площадь цикла) фиксируется в единицу времени (фиг. 4). Произведение T, (S„ — S„) измеряет подведенное в единицу времени тепло в испив рителе, а произведение T„ (S - — S, ) --- отведенное в единицу времени т< про B ко.;— денсаторе. Разность этих тепл<тг дясг полезную работу { эксср. ию) . Дейст внтсл:ша я ш.лезпая нагрузка равна разности I .<:I Г1оложительный эффект предлагаемого стенда заключается в возможности моделирования нереализуемого на практике, но важного теоретически, цикла Карно наглядным пр<дстявлепием изменения потока РбЬ7Од 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 этом в отличие от известных моделей теплосиловых установок гидродинамические модели обладают весьма малой инерционностью, что позволяет быстро выводить их на стационарный режим и быстро 10 менять режимы. Форл<ула изобретения 1. Учебный стенд по технической термо-! 5 динамике, содержащий образующие замкнутый контур последовательно соединенные "IìHTàòîðû нагнетателя. теIfлoнрHем ника, паровой турбины и теплоотдатчика, отлииаюи ии<я тем, что, с целью повышения наглядности и расширения диапазона рс<паемых эп задач путем моделирования термодинамн,е< ких процессов гидравлической имитацией, оН имеет расположспны< пад и под контуром емкости для пода IH и отвода жидкости, соединенные соответственно с имитаторами тсплоприем ника и теплоотдатчика посредством системы параллельных трубок. и ооратпый клапан, установлсIIIII,II< между имита.горами нагнетятсля и тсплоири IIIHIH, при этом последний выполнен в виде конфузоря, а ими гятор Т<. ï.iî 3Q д" ФФ . - "р . 2. Стс д IIO и. i, от l l«аюи<и
1309073 Т фиг, 5 Составитель Т. Григорян Редактор Н. Рогулич Техред И. Верес Корректор А. Зимокосов Заказ 439/44 Тираж 434 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
