Учебный прибор по термодинамике
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.
COOS СОВЕТСКИХ и ю
РЕСПУБЛИН
А2 (19) 1 (И) (Д1) 0 09 В 23/16
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM
ПРИ ГКНТ СССР
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1337911 (21) 4453732/31-12 (22) 04.07,88 (46) 30.09.90. Бюл. У 36 (71) Красноярский политехнический институт (72) И.И.Андреев и А.А.Подберезкин (53) 621.595 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Р 1337911, кл. G 09 В 23/16, 1985. (54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО ТЕРМОДИНАМИКЕ (57) Изобретение относится к учебным наглядным пособиям по теоретической теплотехнике. Цель изобретения - расширение дидактических возможностей за счет моделирования циклов трансформаторов тепла, Учебный прибор по тер2 ,модинамике включает соединенные в ° замкнутый контур имитаторы парогенератора 2, конденсатора 3 пара, выполненные в виде токопроводящих шин, имиг. таторы нагнетателя 10 и турбины 11 выполненные в виде электромашин постоянного тока, кинематически связанных с имитаторами компрессора 27 и турбодетандера, включенных в другой зам-. кнутый 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 ну" левую шину через реостаты 32 и 33 внешние шины имитаторов. 6 ил.
1596371
Изобретение относится,к учебным наглядным пособиям 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. 10
На фиг. 1 показана принципиальная схема учебного прибора; на фиг. 2— диаграмма моделируемого цикла повьппа ющего термотрансформатора; на фиг.3— условная схема реализации повьппающего f5 термотрансформатора; на фиг. 4 — диаграмма моделируемого цикла понижающего термотрансформатора; на фиг.5.— условная схема реализации понижающего трансформатора; на фиг. 6 — принципи- 2р альная схема с дополнительными потребителями.
Учебный прибор по термодинамике имеет первый электрический контур, содержащий источник 1 постоянного 25 тока, имитатор 2 парогенератора, состоящий из внешней шины 3, внутренней шины 4и параллельных проводников
5, имитатор 6 конденсатора пара, состоящий из внутренней шины 7, внешней шины 30
8 и параллельных проводников 9, имитатор 10 нагнетателя в виде электрогенератора постоянного тока, имитатор 11 турбины в виде электродвигателя.постоянного тока измерителя 12 и 13 потока энтропии (амперметры), отградуирован-. ные в единицах потока энтропии, и реостаты 14-16.
Последовательно включенные шина 4, амперметр 13, имитатор 11 турбины, 40 шина 7, имитатор 10 нагнетателя, ам-перметр 12 образуют первый замкнутый . электрический контур. Отдельно установлен вольтметр 17, отградуированный в единицах температуры, с гибким зон- 45 дом 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, имитатор 27 турбонагнетателя (компрессора): в виде электрогенератора постоянного тока, имитатор 28 турбодетандера в виде электродвигателя постоянного тока, имитатор 29 дросселя в виде пос- тоянного резистора, измерители 30 и
31, потока энтропии (амперметры) отградуированные в единицах потока энтропии, реостаты 32 и 33, причем имитаторы 27 и 28 нагнетателя и турбо детандера кинематически соединены посредством разъемной муфты 34, а посредством разъемной муфты 35 имитатор
27 турбонагнетателя соединен с имитатором 11 турбины. С имитатором
10 нагнетателя кинематически связан двигатель 36 собственньп нужд. Посредством выключателя 37 между собой связаны внешние шины 3 и 20, а посредством выключателя 38-внешние шины 8 и 25.
Выключателем 39 внешняя шина 23 через реостат 33 подключается к нулевой шине, к которой через реостат 32 выключателем 40 подсоединяется внешняя шина 20.
Переключателем 41 измеритель 31 потока энтропии подключается к имитатору 28 турбодетандера или к имитатору
29 дросселя. Посредством разьемной муфты 35 к имитатору 11 турбины подключается 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.
Дпя этого выводится из работы вто-.
I рой 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-любой точке схемы относительно этой срецы.
Разность показаний амперметров
13 и 12 дает разность потоков энтропии через турбину 11 и нагнетатель
10. Произведение этой разности на абсолютную температуру подвода теплав парогенераторе (т.е. на потенциал имитатора парогенератора 2 относительно отрицательного полюса источника тока 1) дает попееденнуе (н единиду
5 1 59637 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 времени) 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 имитато15 ров парогенератора 2 и конденсатора
6 пара, можно проследить влияние соответствующих температурна эффективность прямого цикла Карно. Фиг.6 иллюст-, рирует работу в первом режиме. 2О
Во втором-пятом режимах модулируются обратные циклы.
Для этого выводится из работы первый электрический контур, что дости-. гается его отключением от второго кой-тура. Имитатор 27 нагнетателя работает в режиме генератора, вызывая внут-; реннюю циркуляцию тока по второму замкнутому электрическому контуру и внешнюю циркуляцию нулевая шина-реостат 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
35 (компрессор), Амперметр 31 измеряет ток внутренней циркуляции, который имитирует поток энтропии через турбодетандер (если резистор 29 отключен). 40
Ток внешней циркуляции равен разности показаний амперметров 30 и 31.
Во втором и третьем режимах моделируются обратимые обратные циклы Карно
Во влажном паре, совершаемые соответст-- 4 . венно холодильной машиной с турбодетандером и тепловым насосом с турбодетандером.
Для этого отключается имитатор 29 дросселя, а имитаторы 27 и 28 компрес- о сора и турбодетандера соединяются кинематически разъемной муфтой 34, так что имитатор 28, работающий в режиме двигателя вместе со вспомогBfpJIbHbIM двигателем, является приводом имитато- ра 27 компрессора (подобно тому, как в воздушной холодильной установке детандер вместе с внешним двигателем является приводом компрессора).
1 6
Произведение разности показаний амперметров 30 и 31 на потенциал имитатора 19 испарителя (относительно отрицательного полюса источника тока
1), являющийся аналогом температуры подвода тепла в испарителе, дает нодведенную теплоту (в единицу времени).
Произведение этой разности на потенциал имитатора 23 конденсатора (относительно отрицательного полюса источника тока), являющийся аналогом температуры отвода еепла в конденсаторе, 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.
Для 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 термотрансформатора. При этом прямому и обратному циклам трансфооматора соответствуют первый 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 контура. 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,Создаваемый имитатором 27 нагнетателя более высокий потенциал имитатора 23 имитирует температуру искусственного горячего источника
Тр
ITa фиг. 2 показана диаграмма повышающего цикла в Т-S координатах, где
Т вЂ” абсолютная температура, К; S — по. ток энтропии. Цифра I и стрелка означают прямой (" силовой" ) цикл в составе сложного (бинарного) цикла, каковьм является цикл транформатора
15963 тепла. Пифра II и стрелка,„ означает обратный ("холодильный") цикл в с0с таве цикла трансформатора.
В пятом режиме моделируется цикл понижающего трансформатора.
Для этого шина 25 второго контура выключателем 39 отключается от нулевой шины и выключателем 38 соединяет1 ся сшиной 8,, первого контура. Одновременно выводится реостат 14. Равен-. ство потенциалов на шинах 8 и 25 имитирует равенство "нижней" температуры прямого цикла и "верхней" температуры обратного цикла — это единая темпера !5 тура отвода тепла в обоих циклах, равная температура общего естественного источника Т . Создаваемый имитатором 27 турбонагнетателя более низ- кий потенциал имитатора 19 испарителя имитирует температуру искусственного холодного источника Т„<Т .
Электрическая мощность на шине 25 является аналогом теплоты,.отводимой в обратном цикле к общему источнику
Т . Электрическая мощность на шине
20 является аналогом теплоты, подводимой в обратном цикле при температуре Т„ < Т . Реостат 32 между шиной
20 и "землей" является аналогом тер .
30 мического сопротивления между искус-ственным холодным источником и окружающей средой.
Положительный эффект изобретения заключается в возможности моделиро35 вания на одном стенде как одноконтурных прямых и обратных циклов, так и двухконтурных циклов трансформаторов тепла, а также в возможности сравне- 40 ния разных путей получения искуственных температур, что позволяет повысить обучающий эффект.
71 формула изобретейия
Учебный прибор по термодинамике по авт. св. 11 1337911, о т л и ч à io «« шийся тем, что, с целью расширения дидактических возможностей, за счет моделирования циклов трансформа.тов тепла, он содержит имитатор испарителя и имитатор конденсатора, I выполненные аналогично имитатору парогенератора, имитатор турбодетандера, выполненный s виде электродвигателя постоянного тока, имитатор дросселя, выполненный в виде постоянного резистора, дополнительные реостаты, дополнительный 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 внутреннюю шину имитатора испарителя соединен с имитатором турбодетандера и имитатором дросселя, третий измеритель потока энтропии через. последовательно соединенные внутреннюю шину имитатора конденсатора и дополнительный измеритель потока энтропии связан с подвижным контактом переключателя, первая клемма которого соединена с имитатором 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 паро-, генератора соответственно.
1596371 Ут
Фиг. 2
Ти
7,h
1596371
4ц
Тн
ФОГ 7
Составитель В.Тюркин
Техред Л.Олийнык Корректор H. Король
Редактор О.Спесивых
Заказ 2912 Тираж 388 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР
113035, Москва., Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
