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1、空气热机实验第1页，本讲稿共13页咖啡杯上的斯特林发动机第2页，本讲稿共13页热机是什么？利用热来做功的机器利用热来做功的机器蒸汽机蒸汽机第一次工业革命第一次工业革命电影回到未来电影回到未来的蒸汽火车式时空的蒸汽火车式时空穿梭机穿梭机第3页，本讲稿共13页内燃机汽油机汽油机柴油机柴油机第4页，本讲稿共13页汽轮机电站电站第5页，本讲稿共13页实验目的实验目的l理解热机原理及循环过程理解热机原理及循环过程l测量不同输入功率下热功转换效率测量不同输入功率下热功转换效率l测量热机输出功率随负载的变化关系，计测量热机输出功率随负载的变化关系，计算热机实际效率算热机实际效率第6页，本讲稿共13页空气热机
2、实验装置图位移活塞和位移汽缸位移活塞和位移汽缸工作活塞和工作汽缸工作活塞和工作汽缸第7页，本讲稿共13页空气热机工作原理位移活塞和位移汽缸位移活塞和位移汽缸工作活塞和工作汽缸工作活塞和工作汽缸飞轮飞轮高温区：电加热高温区：电加热低温区：散热片低温区：散热片工作活塞使汽缸内气体封闭，并在气工作活塞使汽缸内气体封闭，并在气体的推动下对外做功体的推动下对外做功位移活塞是非封闭的占位活塞，其作用位移活塞是非封闭的占位活塞，其作用是在循环过程中使气体在高温区与低温是在循环过程中使气体在高温区与低温区不断交换，气体可通过位移活塞与位区不断交换，气体可通过位移活塞与位移汽缸间的间隙流动移汽缸间的间隙流动工作
3、活塞与位移活塞是不同步的，当某一活塞处工作活塞与位移活塞是不同步的，当某一活塞处于位置极值时，它本身的速度最小，而另一个活于位置极值时，它本身的速度最小，而另一个活塞的速度最大塞的速度最大a:当工作活塞处于最底端时，位移当工作活塞处于最底端时，位移活塞迅速左移，使汽缸内气体向高活塞迅速左移，使汽缸内气体向高温区流动温区流动b:进入高温区的气体温度升高，使汽缸内压强增进入高温区的气体温度升高，使汽缸内压强增大并推动工作活塞向上运动，在此过程中热能转大并推动工作活塞向上运动，在此过程中热能转换为飞轮转动的机械能换为飞轮转动的机械能c:工作活塞在最顶端时，位移活塞迅速右移，工作活塞在最顶端时，位移活
4、塞迅速右移，使汽缸内气体向低温区流动使汽缸内气体向低温区流动d:进入低温区的气体温度降低，使汽缸内进入低温区的气体温度降低，使汽缸内压强减小，同时工作活塞在飞轮惯性力的压强减小，同时工作活塞在飞轮惯性力的作用下向下运动，完成一次循环作用下向下运动，完成一次循环在一次循环过程中气体对在一次循环过程中气体对外所作净功等于外所作净功等于P-V图所图所围的面积围的面积第8页，本讲稿共13页实验原理工质工质Q1Q2T2AT1PV卡诺热机：热力学第一定律卡诺热机：热力学第一定律A=Q1-Q2等温过程等温过程绝热过程绝热过程准静态过程时，准静态过程时，A等于等于PV图中循环过程曲线所图中循环过程曲线所包围的
5、面积包围的面积正循环，顺时针正循环，顺时针第9页，本讲稿共13页热机热机效率效率定义式定义式循环过程循环过程卡卡诺诺循循环环卡诺定理卡诺定理实际热机：实际热机：由热力学第二定由热力学第二定律推出律推出可逆与不可逆热机可逆与不可逆热机第10页，本讲稿共13页实验内容l1、测量不同输入功率下热功转换效率测量不同输入功率下热功转换效率l2、测量热机输出功率随负载的变化关系，、测量热机输出功率随负载的变化关系，计算热机实际效率计算热机实际效率第11页，本讲稿共13页注意事项l热机汽缸等部位为玻璃制造，容易损坏，热机汽缸等部位为玻璃制造，容易损坏，请谨慎操作。请谨慎操作。l热机在静止状态下严禁长时间大功
6、率加热机在静止状态下严禁长时间大功率加热，若热机运转过程中因各种原因停止热，若热机运转过程中因各种原因停止转动，必须用手拨动飞轮帮助其重新运转动，必须用手拨动飞轮帮助其重新运转或立即关闭电源。转或立即关闭电源。l加热端在工作时温度很高，而且在停止加热端在工作时温度很高，而且在停止加热后加热后1小时内仍然会有很高温度，请小小时内仍然会有很高温度，请小心操作，否则会被烫伤。心操作，否则会被烫伤。第12页，本讲稿共13页注意事项l记录测量数据前须保证已基本达到热平记录测量数据前须保证已基本达到热平衡，避免出现较大误差。等待热机稳定衡，避免出现较大误差。等待热机稳定读数的时间一般在读数的时间一般在10分钟左右。分钟左右。l在读力矩的时候，力矩计可能会摇摆。在读力矩的时候，力矩计可能会摇摆。这时可以用手轻托力矩计底部，缓慢放这时可以用手轻托力矩计底部，缓慢放手后可以稳定力矩计。如还有轻微摇摆，手后可以稳定力矩计。如还有轻微摇摆，读取中间值。读取中间值。l飞轮在运转时，应谨慎操作，避免被飞飞轮在运转时，应谨慎操作，避免被飞轮边沿割伤。轮边沿割伤。第13页，本讲稿共13页