SU1596371A2

SU1596371A2 - Учебный прибор по термодинамике

Info

Publication number: SU1596371A2
Application number: SU884453732A
Authority: SU
Inventors: Игорь Игоревич Андреев; Александр Александрович Подберезкин
Original assignee: Красноярский Политехнический Институт
Priority date: 1988-07-04
Filing date: 1988-07-04
Publication date: 1990-09-30

Abstract

Изобретение относитс к учебным нагл дным пособи м по теоретической теплотехнике. Цель изобретени - расширение дидактических возможностей за счет моделировани циклов трансформаторов тепла. Учебный прибор по термодинамике включает соединенные в замкнутый контур имитаторы парогенератора 2, конденсатора 3 пара, выполненные в виде токопровод щих шин, имитаторы нагнетател 10 и турбины 11, выполненные в виде электромашин посто нного тока, кинематически св занных с имитаторами компрессора 27 и турбодетандера, включенных в другой замкнутый контур, в который вход т имитатор испарител 19 и имитатор конденсатора 23. В каждом контуре установлены измерители потока 12,13,30 и 31 энтропии и реостаты 16 и 15. Имитатор 17 измерител температуры через зонд 18 может подключатьс к любой точке схемы. Коммутаторы 37-40 подключают на нулевую шину через реостаты 32 и 33 внешние шины имитаторов. 6 ил.

Description

Изобретение относитс fK учебным нагл дным пособи { Г по термодинамике, может найти применение в учебных лаборатори х технической термодинамики и общей теплотехники.

Цель изобретени вл етс расширение дидактических возможностей за счет моделировани циклов трансформаторов тепла о

На фиг, 1 показана принодпиальна схема учебного прибора; на фиг. 2 диаграмма моделируемого цикла псвьппающего термотрансформатора; на фиг.З условна схема реализации повьшающего термотрансформатора; на фиг. 4 - диаграмма моделируемого цикла понижающего термотрансформатора; на фиг.5 условна схема реализации понижающего трансформатора; на фиг. 6 - принципиальна схема с дополнительными потребител ми .. Учебный прибор по термодинамике имеет первый электрический контур, содержащий источник 1 посто нного тока, имитатор 2 парогенератору, состо щий из внешней ши«ы 3, внутренней шины 4 и параллельных проводников 5, имитатор 6 конденсатора пара, состо щий из внутренней шины 7, внешней шины 8 и параллельных проводников 9, имитатор 10 нагнетател в виде электрогенера тора посто нного тока, имитатор 11 турбины в виде электродвигател .посто нного тока измерител 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 нагнетател , 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 испарител , состо щий из внешней шины 20, внутренней шины 21 и параллельных проводников 22, имитатор 23 конденсатора, состо щий из внутренней шины 24, внешней шины 25 и параллельных проводников 26, иьмтатор 27 турбонагнетател (компрессора в виде электрогенератора посто нного тока, имитатор 28 турбодетандера в

.виде электродвигател посто нного

тока, имитатор29 дроссел в виде посто нного резистора, измерители 3D и 31, потока энтропии (амперметры) отградуированные в единицах потока энтропии, реостаты 32 и 33, причем имитаторы 27 и 28 нагнетател и турбодетандера кинематически соединены посредством разъемной муфты 34, а посредством разъемной муфты 35 имитатор 27 турбонагнетател съединен с и итатором 11 Турбины. С имитатором 10 нагнетател кинематически св зан двигатель 36 собственные нужд. Посредством выключател 37 между собой св заны внешние шины 3 и 20, а посредством выключател 38-внешние шины 8 и 25 о

Выключателем 39 внешн шина 23 через реостат 33 подключаетс к нулевой шине, к которой через реостат 32 выключателем 40 подсоедин етс внешн шина 20о

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

Учебный прибор по термодинамике работает,следующим образом.

В первом режиме имитируетс работа тепловой электростанции.

Дл этого вьшодитс из работы второй электрический контур, что дости- гаетс его отключением от первого контура, а имитатор 11 турбины посредством разьемной муфты 35 кинемати-чески соедин етс 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.

Claims

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 пр мого цикла Карно, а действительна полезна работа этого цикла равна: разности показаний ваттметров генератора полезной нагрузки и дви-гател собственных нужд. Варьиру . реостатами 14-16 потенциалы имитаторов парогенератора 2 и конденсатора 6 пара, можно проследить вли ние соответствующих температур на эффективност пр мого цикла Карно. Фиг„б иллюст- рирует работу в первом режимео Во втором-п том режимах модулируютс обратные циклы Дл этого выводитс из работы первый электрический контур, что достиггаетс его отключением от второго контура . Имитатор 27 нагнетател работает в режиме генератора, вызыва внут:реннюю циркул цию тока по второму замкнутому электрическому контуру и внешнкж) циркул цию нулева шина-рео- стат 32 -имитатор 19 -имитатор 27 амперметр 30 -имитатор 23 конденсатора -реостат испарител -нулева шина 33 Амперметр 30 измер ет сумму обоих токов циркул ции, котора имитирует поток энтропии через нагнетатель (компрессор), Амперметр 31 измер ет ток внутренней циркул ции, которьй имитирует поток энтропии через турбодетандер (если резистор 29 отключен) Ток внешней циркул ции равен разности показаний амперметров 30 и 31„ Во втором и третьем режимах модели руютс обратимые обратные циклы Карно во влажном паре, совершаемые соответст венно холодильной машиной с турбо- детандером и тепловым насосом с турбо детандером, / Дл этого отключаетс имитатор 29 дроссел , а имитаторы 27 и 28 компрес сора и турбодетандера соедин ютс ки- нематически разъемной муфтой 34, так что имитатор 28, работающий в режиме двигател вместе со вспомогательным двигателем, вл етс приводом имитато ра 27 компрессора (подобно тому, как в воздушной холодильной установке детандер вместе с внешним двигателем в л етс приводом компрессора) Произведение разности показаний амперметров 30 и 31 на потенциал имиг татора 19 испарител (относительно отрицательного полюса источника тока 1), вл ющийс 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), вл ющийс 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 п том режимах моделируютс циклы трансформаторов тепла Дп этого посредством разьемной муфты соедин ютс имитатором 11 турбины первого контура и имитатор 27 нагнетател второго контура Тем самым имитируетс привод компрессора обратного цикла не за счет затраты внешней работы, а за счет работы, полученной в пр мом цикле термотранс- форматора При этом пр мому и обратному циклам трансформатора соответствуют nepBbrir и второй электрические контуры прибора. В четвертом режиме моделируетс цикл повышающего трансформатора Дл этого шина 20 второго контура выключателем 40 отключаетс от нулевой шины выключателем ,соедин етс с шиной 3 первого конт эа Одновременно выводитс реостат 16„ Равенство потенциалов на шинах 3 и 20 имитирует равенство верхней температуры пр мого цикла и нижней температуры обратного цикла - это едина температура подвода тепла в обоих циклах, равна температуре общего естественного тепла в обоих циклах, равна температуре общего естественного источника Т .Создаваемьй имитатором 27 нагнетател более высокий потенциал имитатора 23 имитирует температ фу искусственного гор чего источника Т ч f, На фиг„ 2 показана диаграмма повышающего цикла в T-S координатах, где Т - абсолютна температура. К; S - поток энтропии Цифра I и стрелка -- означают пр мой (силовой) цикл в составе сложного (бинарного) цикла, каковым вл етс цикл транформатора тепла. Цифра II и стрелка означает обратньй (холодильный) цикл в coci таве циклатрансформатора. 6 п том режиме моделируетс цикл понижающего трансформатора. Дл этого шина 25 второго контура выключателем 39 отключаетс от нулевой шины и выключателем 38 соедин етс с шиной 8,. первого контура. Одно временно вьюодитс реостат 14. Равенство потенциалов на шинах 8 и 25 имитирует равенство нижней температуры пр мого цикла и верхней температуры обратного цикла - это едина температура отвода тепла в обоих циклах, равна температуре общего естественного источника Tg, Создаваемый имитатором 27 тзтрбонагнетател более низкий потенциал имитатора 19 испарител имитирует температуру искусственного холодного источника Электрическа мощность на шине 25 вл етс аналогом теплоты, отводимой в обратном цикле к общему источнику Tg о Электрическа мощность на шине 20 вл етс аналогом теплоты, подводимой в обратном цикле при температуре Т и Tgc Реостат 32 между шиной 20 и землей вл етс аналогом тер.мического сопротивлени между искусственным холодным источником и окружающей средойо Положительньй эффект изобретени заключаетс в возможности моделировани на одном стенде как одноконтур ных пр мых и обратных циклов, так и двухконтзФньк циклов трансформаторов тепла, а также в возможности сравнени разных путей получени иркуственных теЬшератур, что позвол ет повысить обучающий эффект. Формула изобр е т е н ,и Учебный прибор по термодинамике по авт, св.№ 1337911.отличающийс тем, что, с целью расширени дидактических возможностей, за счет моделировани циклов трансформатов тепла, он содержит имитатор испарител и имитатор конденсатора, выполненные аналогично имитатору парогенератора , имитатор турбодетандера, выполненный в виде электродвигател посто нного тока, имитатор дроссел . вьшолненный в виде посто нного резистора , дополнительные реостаты, дополнительньй измеритель потока энтропии, переключатель, выключатели и кинематические муфты сцеплени , при этом имитатор компрессора через первую кинематическую муфту сцеплени св зан с имитатором турбины, а через вторую с имитатором турбодетандера, имитатор компрессора через внзггреннюю шину имитатора испарител соединен с имитатором турбодетандера и имитатором дроссел , третий измеритель потока энтропии через.последовательно соединенные внутреннюю шину имитатора конденсатора и дополнительньй измеритель потока энтропии св зан с подвижным контактом переключател , перва клемма которого соединена симитатором дроссел , а втора - с имитатором турбодетандера, при этом внешние шины имитаторов конденсатора и испарител 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

({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