空氣熱機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告范文

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)簡潔、便于操作。空氣熱機(jī)試驗(yàn)通過對空氣熱機(jī)探測儀、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)增大并推動工作活塞向上運(yùn)動，如圖1b所示，在此過程中熱能轉(zhuǎn)換為飛輪轉(zhuǎn)動的機(jī)械能；工作活塞向頂端移動時(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，完成循環(huán)，如圖1d所示。在一次循環(huán)過程中氣體對外所作凈功等于P-V圖所圍的面積。

依據(jù)卡諾對熱機(jī)效率的討論而得出的卡諾定理，對于可逆循環(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)用于測量飛輪轉(zhuǎn)動角度。氣缸的體積隨工作活塞的位移而轉(zhuǎn)變，活塞的位移轉(zhuǎn)變通過飛輪測得，在飛輪邊緣勻稱排列45個(gè)擋片，由光電門信號確定飛輪位置，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:測量不同熱端溫度的熱功轉(zhuǎn)換值，驗(yàn)證卡諾定理。

連接測試儀面板和電腦的，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，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，觸動飛輪停止轉(zhuǎn)動，在飛輪上裝上力矩計(jì)，撥動飛輪，讓熱機(jī)連續(xù)運(yùn)動。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：

表一測量不同冷熱端溫度時(shí)的熱功率轉(zhuǎn)換值

表二測量熱機(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):

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《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