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本文格式為Word版下載后可任意編輯和復(fù)制第第頁空氣熱機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告范文篇一:空氣熱機(jī)試驗(yàn)論文報(bào)告
摘要:熱機(jī)是將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置,空氣熱機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、便于操作??諝鉄釞C(jī)試驗(yàn)通過對(duì)空氣熱機(jī)探測(cè)儀、計(jì)算機(jī)等操作來理解空氣熱機(jī)原理及循環(huán)過程。通過電加熱器轉(zhuǎn)變熱端溫度測(cè)量熱功轉(zhuǎn)換值,作出nA/ΔT與ΔT/T1的關(guān)系圖,驗(yàn)證卡諾定理。逐步轉(zhuǎn)變力矩大小來轉(zhuǎn)變熱機(jī)輸出功率及轉(zhuǎn)速,計(jì)算、比較熱機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)化效率。試驗(yàn)表明:在肯定誤差范圍內(nèi),隨熱端溫度上升nA/ΔT與ΔT/T1的關(guān)系呈現(xiàn)性變化,驗(yàn)證卡諾定理。熱端溫度肯定時(shí)輸出功率隨負(fù)載增大而變大,轉(zhuǎn)速而減小。
關(guān)鍵詞:卡諾定理;空氣熱機(jī);卡諾循環(huán)
熱機(jī)是將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)器。歷史上對(duì)熱機(jī)循環(huán)過程及熱機(jī)效率的討論為熱力學(xué)其次定律的確立起了奠基性的作用。斯特林1816年創(chuàng)造的空氣熱機(jī),以空氣作為工作介質(zhì),是最古老的熱機(jī)之一。雖然現(xiàn)在已進(jìn)展了內(nèi)燃機(jī),燃?xì)廨啓C(jī)等新型熱機(jī),但空氣熱機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔,便于關(guān)心理解熱機(jī)原理與卡諾循環(huán)等熱力學(xué)學(xué)問??諝鉄釞C(jī)的結(jié)構(gòu)如圖一所示,熱機(jī)主機(jī)主要有高溫區(qū)、低溫區(qū)、工作活塞和位移活塞、氣缸、飛輪、連桿,熱源等組成。
由電熱方式加熱位移活塞,其作用是在循環(huán)過程中使氣體在高溫區(qū)與低溫區(qū)間不斷交換,氣體可通過位移活塞與位移氣缸間的間隙流淌,提高高溫與低溫間的溫度差可以提高熱機(jī)效率。位移活塞與工作活塞通過連桿與飛輪連接,他們的運(yùn)動(dòng)是不同步的,其中一個(gè)處于極值時(shí),速度最小,另一個(gè)活塞速度最大。
圖一空氣熱機(jī)工作原理示意圖
當(dāng)工作活塞向下移時(shí),位移活塞快速左移,使汽缸內(nèi)氣體向高溫區(qū)流淌,如圖1a所示;進(jìn)入高溫區(qū)的氣體溫度上升,使汽缸內(nèi)壓強(qiáng)增大并推動(dòng)工作活塞向上運(yùn)動(dòng),如圖1b所示,在此過程中熱能轉(zhuǎn)換為飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能;工作活塞向頂端移動(dòng)時(shí),位移活塞快速右移,使位移汽缸內(nèi)氣體向低溫區(qū)流淌,如圖1c所示;進(jìn)入低溫區(qū)的氣體溫度降低,使汽缸內(nèi)壓強(qiáng)減小,同時(shí)工作活塞在飛輪慣性力的作用下向下運(yùn)動(dòng),完成循環(huán),如圖1d所示。在一次循環(huán)過程中氣體對(duì)外所作凈功等于P-V圖所圍的面積。
依據(jù)卡諾對(duì)熱機(jī)效率的討論而得出的卡諾定理,對(duì)于可逆循環(huán)的抱負(fù)熱機(jī),熱功轉(zhuǎn)換效率為:
A/Q1Q1Q2/Q1(T1T2)/T1T/T1
式中A為每一個(gè)循環(huán)中熱機(jī)做的功,Q1為熱機(jī)每一循環(huán)從熱源汲取的熱量,Q2為熱機(jī)每一個(gè)循環(huán)向冷源放出的熱量,T1為熱源的肯定溫度,T2為冷源的肯定溫度。
由于熱量損失,實(shí)際的熱機(jī)都不行能是抱負(fù)熱機(jī),循環(huán)過程也不是可逆的,所以熱機(jī)轉(zhuǎn)化效率:
T/T1,只要使循環(huán)過程接近可逆循環(huán),就是盡量提高冷源與熱源的溫度差。
熱機(jī)循環(huán)過程從熱源汲取的熱量正比于nA/T,n為熱機(jī)轉(zhuǎn)速,所以:正比于nA/T。測(cè)量不同熱
端溫度時(shí)的nA/T,觀看與T/T1的關(guān)系,可驗(yàn)證卡諾定理。同一功率下,調(diào)整力矩計(jì)與轉(zhuǎn)軸的摩擦轉(zhuǎn)變熱機(jī)實(shí)際輸出功率P0,計(jì)算出不同負(fù)載大小時(shí)的熱機(jī)效率。同時(shí)轉(zhuǎn)速n也會(huì)轉(zhuǎn)變,觀看P0n
關(guān)系圖,表示同一輸出功率下,輸出耦合不同時(shí)輸出功率隨耦合的關(guān)系。
一、試驗(yàn)儀器與方法:
電熱ZKY-RJ型空氣熱機(jī)試驗(yàn)儀如圖二示
圖二電加熱型熱機(jī)試驗(yàn)裝置圖
飛輪下部裝有雙電門,上面的一個(gè)用于定位工作活塞的最低位置,下面一個(gè)用于測(cè)量飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度。氣缸的體積隨工作活塞的位移而轉(zhuǎn)變,活塞的位移轉(zhuǎn)變通過飛輪測(cè)得,在飛輪邊緣勻稱排列45個(gè)擋片,由光電門信號(hào)確定飛輪位置,進(jìn)而計(jì)算氣缸體積。壓力傳感器與工作汽缸底相通,測(cè)量汽缸的壓力得到體積變化。底座的三個(gè)插座分別與試驗(yàn)測(cè)試儀相連,在儀器顯示窗口顯示熱機(jī)轉(zhuǎn)速、凹凸溫區(qū)的溫度、P-V圖。加熱器輸出電壓24V-36V可調(diào),可依據(jù)試驗(yàn)的實(shí)際需要調(diào)整加熱電壓。
力矩計(jì)懸掛在飛輪軸上,調(diào)整螺釘可調(diào)整力矩計(jì)與轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力,由力矩計(jì)可讀出摩擦力矩M,可得出熱機(jī)輸出功率P2nM,即單位時(shí)間內(nèi)的角位移與力矩的乘積。
二、試驗(yàn)內(nèi)容、步驟:
第一部分:測(cè)量不同熱端溫度的熱功轉(zhuǎn)換值,驗(yàn)證卡諾定理。
連接測(cè)試儀面板和電腦的,各儀器之間的端口,開頭試驗(yàn)。將加熱電壓加之最大檔(11檔),等待6~10分鐘(大約在溫差在100K以上),加熱電阻絲已發(fā)紅后,用手順時(shí)針撥動(dòng)飛輪,熱機(jī)即可運(yùn)轉(zhuǎn)。減小加熱電壓至第一檔,打開電腦幫助軟件,觀看壓力和容積信號(hào),并把P-V圖調(diào)整到最適合觀看的位置。等待大約10
分鐘,溫度和轉(zhuǎn)速平衡后,記錄加熱電壓,讀取溫度和轉(zhuǎn)速,記于表一中。逐步加大加熱功率,重復(fù)上
述測(cè)量過程4次以上,在表一中記錄數(shù)據(jù)。以ΔT/T為縱坐標(biāo),在坐標(biāo)紙上作nA/ΔT與ΔT/T1的關(guān)系圖,驗(yàn)證卡諾定理。
其次部分:測(cè)量不同輸出功率下,轉(zhuǎn)速和實(shí)際效率的變化。
在最大加熱功率下,觸動(dòng)飛輪停止轉(zhuǎn)動(dòng),在飛輪上裝上力矩計(jì),撥動(dòng)飛輪,讓熱機(jī)連續(xù)運(yùn)動(dòng)。調(diào)整力矩計(jì)的摩擦力(不要停機(jī)),待輸出力矩、轉(zhuǎn)速、溫度穩(wěn)定后,在表二中讀取記錄各項(xiàng)參數(shù)。保持輸出功率不變,逐步增大輸出力矩,重復(fù)以上試驗(yàn)步驟5次以上。以n為橫坐標(biāo),P0為縱坐標(biāo),作出n與P0的關(guān)系圖。表示同一輸出功率下,輸出耦合不同時(shí)輸出功率或效率隨耦合的變化關(guān)系。
三、試驗(yàn)結(jié)果:
表一測(cè)量不同冷熱端溫度時(shí)的熱功率轉(zhuǎn)換值
表二測(cè)量熱機(jī)輸出功率、效率隨負(fù)載及轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系
圖一電腦觀看到的熱機(jī)試驗(yàn)P_V試驗(yàn)圖圖二電腦觀測(cè)到的容積和壓力變化曲線
四、分析與結(jié)論:
由表格數(shù)據(jù)可作圖結(jié)果分析,在外加負(fù)載不變的狀況下,隨著熱功率增大,nA/ΔT與ΔT/T1基本具有線性關(guān)系,驗(yàn)證了卡諾定理。在同一加熱功率下,隨摩擦力矩加大,轉(zhuǎn)速降低,熱端溫度上升,溫度差加大,輸出效率加大。對(duì)于輸出力矩連續(xù)加大時(shí),輸出功率如何變化,是連續(xù)變大還是轉(zhuǎn)折本試驗(yàn)未能涉及,也是試驗(yàn)要改進(jìn)的地方。
五、參考文獻(xiàn):
[1][2][3][4][5][6]
《高校物理綜合設(shè)計(jì)試驗(yàn)》,中國海洋高校物理試驗(yàn)教學(xué)中心,20xx.1;張玉民,熱學(xué),中國科學(xué)技術(shù)出版社
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