Учебный прибор по термодинамике
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
g kg ..« 1 ь (СОЮЗ СОВЕТСКИХ
С А И .=.:-Р РЕСПУБЛИН (l9) (11) (51) 4 0 09 В 23/16
".и р () via -1 Я
„|В
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
H АВТОРСЙОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Фиг. l
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2I) 3946486/31 — 12 (22) 21..08.85 (46) 15,09Ä87. Бюл. ))- -34 (71) Красноярский политехнический институт (72) И.И.Андреев и В ° Н.Какоулин (53) 621.595 (088„8) (56) Авторское свидетельство СССР
)) 653622, кл. С 09 В 23/16, 1979, (54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО ТЕРМОДИИА1(ИКЕ (57) Изобретение касается учебных пособий по термодинамике и позволяет повысить демонстрационный эффект.
Прибор содержит исто гник 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 токопроволящих шин 9, связанных проводниклми 10, Имнтлтор нагнетателя ll, имитатор турбины 12 и генератор 6 кинематически связаны между собой, 4 ил, 1 1 3379
Изобретение относится к учеГ>ным пособиям по теппотехнике и может быть использовано при изучении курса термодинамики и общей теплотехники.
Цель изобретения — повьппение демонстрационного эффекта путем обеспечения контроля параметров теппофизических величин.
На фиг,! представлена принципиальная схема прибора ; на фиг ° 2 — то же> пример исполнения с приводом имитатора нагнетателя от двигателя собственных нужд; на фиг.3 — моделируемый прямой обратимый цикл Карно в координатах температура — поток энтропии; на фиг.4 — имитируемая тепловая схема по фиг,1„
Учебный прибор содержит источник 1 тока, измерители теплофизических вели-эп 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 соответственно парогене- ?!> ратора и конденсатора пара, каждый из которых состоит из llíóx токопрi>водящих шин 9, связанных между собой парап лельно соединенными проводниками 10, Имитатор 11 нагнетатепя выполнен 31! в виде генератора,;I имитатор 12 турбины — в виде двигателя, Валы всех электрических машин 6, 11 и 12 кинематически связаны между собой.
Шкапа вольтметра? отградуирована в единицах т мпературы, шкапа амперметров 3 и 4 — в единицах потока энтропии.
Схема учебного прибора, представ- 1П ленная на фиг.2, отличается от схемы на фиг ° тем, что на одном валу с генератором 11, имитирующим нагнетатель, установлен двигатель 13 собст— венных нужд, включенный в сеть переменного тока через второй ваттметр 14,.
Кроме того, первые шины 9 имитаторов парогенератора и конденсат>ра подсоединены к клеммам источника 1 тока через реостаты 1 »I 16, а клемма вольтметра 2 подсоединяется к любой точке контура через гибкий зонд 17.
Действие учебного приГ>ора осно вано на известной в общей терм< динамике аналогии между электрическими и теп55 ловыми величин;.ми, а именно между потенциалом и температурой, межцу зарядом и энтропие>., между током и потоком энтропии (пот<.к энтропии S-го энтр >пня, переносимая рабочим телом через данное поперечное сечение канала в единицу времени, поток энтропии связан с удельной энтропией и массовым расходом M в том же сечении соотношением 1=5Н) .
Благодаря этой аналогии стационарные поточные процессы изменения агрегатного состояния в тенлообменниках (в области влажного пара — это иэобарно-изотермические процессы без совершения механической работы, т.е,. с энергообменом только эа счет отвода или подBollà 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 IIIIIIIы при практически неизменном потенциале.
Лдиабатные (с энергообменом только за счет совершения механической работы) процессы в лопаточных машинах могут быть смодепированы 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 фиг,1 стрелками), имитирующей циркуляцию переносимой рабочим телом энтропии, необходимо чтобы имитатор 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, потоков через турбины S, и нагнетатепь 5„ (фиг.3) представляет собой основание цикла Карно, а разность температур верхнего и нижнего источников тепла, которая измеряется вольтметром 7 — высоту цикла. Произведение этих разностей представляет собой работу обратимого цикла Карно.
Действительная полезная нагрузка, вырабатываемая генератором 6, измеряется.ваттметром 5, 1.3 $71111
?l) Учебный ttpttE)op по фиг,2 работает следук щим обра:зом, Произведение разности ttvTot 3 и 4, на температуру имитатсра 7 парогенератора, измеренную вольтметром 2, дает подведенное в еди1п1цу времени тепло в теплоприемнике, а произведение этой разницы на тсмпера- Ео 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 15 и 16 потенциалы на шинах 9, можно проследить влияние температур парогенератора и конденсатора (Tе. 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 H! левой потенциал земли имитирует абсолютный нуль температуры в процессе отвода тепла., 30 Изобретение обеспечивает возможность моделирования нереализуемого на практике, но важного теоретически обратимого цикла Карно с прямым измерением аналогов тепловых параметров, 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 мгновеьп1ыми Btгхо,,ом на poiUttt и сменой1 режимов Ф о р м у л а и з î 6 р е т е и и я Учебный прибор tto Tt рмодгп; tttKt, содержащий последовательно соединенные имитаторы парсгe»cps Tope, нагнетателя, конденсатора пара и турбины, отличающийся тем, что, с целью повышения демонстрационного эффекта путем обеспечения контроля параметров теплофизических величин, он содержит источник тока, измерители теплофизических величин, выполненные в виде вольтметра, амперметров и ваттметра, параллельно которому подсоединен генератор полезной нагрузки, при этом имитатор нагнетателя выполнен в виде генератора тока, ил1итаторы парогенератора и конденсатора пара выполнены в виде двух токопроводящих шин, связанных между собой параллельно соединенными проводниками л епп1та тор Tyрбины Выполнен в виде электродвигателя, при этом разнополярные клеммы источника тока соединены с каждой первой токопроводящей 11п1ной и с соответствующей клеммой вольтметра, а первая клемма генератора тока последовательно соединенные первый амперметр, вторую токопроводящун 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 валы обоих генераторов кинематически связаны с валом электродвигателя., 1337911 г7аР/ой mc г а > ll f lI l Рта/ manna Рие4 Составитель В,Тюрин Техред М. Ходанич Корректор М.Пожо Редактор А.Orap Тираж 433 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5 Заказ 4134/48 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектная,4
