• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      換氣式空氣熱機(jī)實(shí)驗(yàn)

      2015-07-02 12:39:20路峻嶺秦聯(lián)華
      物理與工程 2015年4期
      關(guān)鍵詞:熱機(jī)大氣壓飛輪

      路峻嶺 秦聯(lián)華

      (清華大學(xué)物理系,北京 100084)

      1 換氣式熱機(jī)結(jié)構(gòu)

      換氣式空氣熱機(jī)的裝置圖如圖1所示,其結(jié)構(gòu)見圖2.它的特點(diǎn)是單氣缸單活塞,氣缸由前后兩部分組成,前部(照片中左部)由鋁材制成,便于散熱,為氣缸的冷端;后部(照片中右部)由封口玻璃管制成,便于加熱,為氣缸的熱端.其活塞的左側(cè)通過連桿連接飛輪,活塞右側(cè)連接一玻璃泡狀活塞頭,活塞頭的作用是驅(qū)使工質(zhì)在氣缸腔內(nèi)流動,活塞的側(cè)邊設(shè)置一通氣口K.在飛輪和連桿準(zhǔn)確處于上下止點(diǎn)位置時(shí),通氣口K通過氣孔通道使氣缸腔與外界連通以實(shí)現(xiàn)氣體交換,偏離上下止點(diǎn)后氣缸腔則處于封閉狀態(tài).用酒精燈加熱氣缸熱端,啟動飛輪后熱機(jī)即可自持地沿啟動方向工作[3].如何用物理原理來說明此熱機(jī)的工作過程呢?

      圖1 換氣式空氣熱機(jī)照片

      圖2 換氣式空氣熱機(jī)結(jié)構(gòu)及工作過程簡圖

      2 換氣式空氣熱機(jī)工作原理分析

      本熱機(jī)的核心結(jié)構(gòu)——?dú)飧缀突钊鐖D2所示,其工作流程可據(jù)圖2和圖3自上而下依次說明[1-3].

      圖3 換氣式空氣熱機(jī)工作過程簡圖

      熱機(jī)的循環(huán)從圖2所示狀態(tài)開始,當(dāng)連桿飛輪經(jīng)過且稍微偏離下止點(diǎn)位置時(shí),活塞通氣口K剛剛關(guān)閉,則此時(shí)封閉在氣缸腔內(nèi)的空氣就是熱機(jī)的工質(zhì),工質(zhì)體積為氣缸腔內(nèi)體積的最小值,其壓強(qiáng)等于外界大氣壓強(qiáng).從此時(shí)刻開始,依次經(jīng)歷飛輪轉(zhuǎn)過90°(圖3之(1))再到達(dá)接近連桿飛輪上止點(diǎn)位置(圖3之(2)但活塞通氣口K尚未與外界連通).在此過程中,由于活塞頭的移動和占位作用,工質(zhì)表現(xiàn)為從冷端流向熱端,因此工質(zhì)從外界吸熱,同時(shí)活塞向前推動連桿飛輪對外做功,即工質(zhì)進(jìn)行的是吸熱膨脹對外做功(壓強(qiáng)增大)過程.

      隨飛輪轉(zhuǎn)動,當(dāng)連桿飛輪準(zhǔn)確到達(dá)上止點(diǎn)位置(圖3之(2))時(shí),活塞通氣口K與氣孔通道連通,氣缸腔內(nèi)的工質(zhì)向外界噴出,工質(zhì)進(jìn)行的是絕熱膨脹過程(過程進(jìn)行得很快來不及熱交換),其溫度降低壓強(qiáng)減小,但該過程中體積膨脹并沒有通過連桿飛輪對外做有用功.

      隨飛輪轉(zhuǎn)動,當(dāng)連桿飛輪剛剛偏離上止點(diǎn)位置時(shí),通氣口K則斷開通道,此前絕熱膨脹的工質(zhì)被分為氣缸腔內(nèi)和氣缸腔外兩部分.兩部分起初具有相同的壓強(qiáng)(外界大氣壓強(qiáng))和溫度,腔內(nèi)部分的體積為氣缸腔內(nèi)體積的最大值.之后,兩部分工質(zhì)各自按照自身環(huán)境進(jìn)行狀態(tài)變化.腔外部分(設(shè)想它仍舊保持為一團(tuán))作等壓降溫壓縮,外界對它做功,它向外界散熱,最后以一個(gè)較小的體積保持與外界等溫等壓.腔內(nèi)部分則從此時(shí)刻開始,依次經(jīng)歷飛輪轉(zhuǎn)過270°(圖3之(3))再次到達(dá)接近連桿飛輪下止點(diǎn)位置(圖3之(4)但活塞通氣口K尚未與外界連通).在此過程中,由于活塞頭的移動和占位作用,工質(zhì)表現(xiàn)為從熱端流向冷端,因此工質(zhì)在向外界散熱,同時(shí)外界推動活塞對工質(zhì)做功,即腔內(nèi)工質(zhì)進(jìn)行的是散熱降溫體積收縮對外做負(fù)功壓強(qiáng)減小的過程,此過程結(jié)束時(shí)其壓強(qiáng)將大大小于外界大氣壓強(qiáng).

      隨飛輪轉(zhuǎn)動,當(dāng)連桿飛輪準(zhǔn)確到達(dá)下止點(diǎn)位置(圖3之(4))時(shí),活塞通氣口K與氣孔通道連通,由于氣缸腔內(nèi)壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng),腔外工質(zhì)迅即通過氣孔通道注入腔內(nèi),它所經(jīng)歷的過程是等壓膨脹升溫過程;而腔內(nèi)工質(zhì)則受腔外工質(zhì)注入的影響被絕熱壓縮,故腔內(nèi)工質(zhì)經(jīng)歷的過程為絕熱壓縮升溫升壓(至外界大氣壓)過程.最后,氣缸腔內(nèi)外工質(zhì)融匯為一體,其氣壓等于外界大氣壓,溫度高于外界溫度.當(dāng)隨飛輪轉(zhuǎn)動,連桿飛輪剛剛偏離下止點(diǎn)位置(圖3之(4))時(shí),活塞通氣口K與氣孔通道關(guān)閉,此時(shí)封閉在氣缸腔內(nèi)的工質(zhì)就恢復(fù)到了初始狀態(tài).工質(zhì)狀態(tài)完成了一次循環(huán).

      要想把上述工質(zhì)狀態(tài)循環(huán)在p-V圖上表示出來,首先必須把整體工質(zhì)在p-V圖的狀態(tài)變化曲線與部分工質(zhì)在p-V圖的狀態(tài)變化曲線的差異搞清楚.二者在p-V圖上的等溫線示于圖4.

      圖4 整體和部分工質(zhì)在p-V圖的等溫曲線的比較

      從圖中可見,如果坐標(biāo)尺度不變,部分工質(zhì)在p-V圖的狀態(tài)變化曲線相對于整體工質(zhì)的狀態(tài)變化曲線是按照部分在整體中所占的比例在橫坐標(biāo)(體積)方向進(jìn)行壓縮的,對應(yīng)相同的壓強(qiáng)各條等溫線對應(yīng)的體積值都按比例減小,即部分工質(zhì)的等溫線都有些左移.

      因?yàn)樵诒緦?shí)驗(yàn)中,部分工質(zhì)(絕熱膨脹(圖3之(2))后氣缸腔內(nèi)外的工質(zhì))的狀態(tài)變化都是在壓強(qiáng)不大于外界大氣壓的情況下進(jìn)行的,因此可以在一張p-V圖上把熱機(jī)的循環(huán)過程描述出來,只是在大于外界大氣壓的范圍畫出整體工質(zhì)的等溫曲線,在小于外界大氣壓的范圍畫出部分工質(zhì)的等溫曲線,見圖5所示.為了表達(dá)清楚,特將外界大氣壓p0分為兩道線,另一道表示整體工質(zhì)p-V圖上的大氣壓p0,一道表示部分工質(zhì)p-V圖上的大氣壓p0,實(shí)際上它們是一道線(一個(gè)值);且將腔內(nèi)外工質(zhì)部分的等溫線分開畫出(實(shí)際上它們可能有交叉).用溫度T0表示外界的溫度.圖中A表示由圖2所示,隨飛輪轉(zhuǎn)動當(dāng)連桿飛輪剛剛偏離下止點(diǎn)位置時(shí)的狀態(tài).圖中B表示由圖3之(2)所示,當(dāng)連桿飛輪剛好接近但尚未達(dá)到上止點(diǎn)位置時(shí)的狀態(tài).過程AB表示整體工質(zhì)吸熱做功體積膨脹且溫度升向最高的過程.圖中C表示由圖3之(2)所示,當(dāng)連桿飛輪剛好達(dá)到上止點(diǎn)位置氣缸腔內(nèi)的工質(zhì)向外界完全噴出(膨脹到極值)時(shí)的狀態(tài).過程BC表示整體工質(zhì)的絕熱膨脹過程.圖中D表示氣缸腔內(nèi)部分工質(zhì)對應(yīng)整體工質(zhì)在C點(diǎn)時(shí)的狀態(tài);圖中R表示氣缸腔外部分工質(zhì)對應(yīng)整體工質(zhì)在C點(diǎn)時(shí)的狀態(tài).圖中E表示由圖3之(4)所示,當(dāng)連桿飛輪剛好接近但尚未達(dá)到下止點(diǎn)位置時(shí)的狀態(tài).過程DE表示腔內(nèi)部分工質(zhì)散熱體積收縮且溫度降向最低的過程.圖中F表示由圖3之(4)所示,當(dāng)連桿飛輪剛好達(dá)到下止點(diǎn)位置氣缸腔內(nèi)的工質(zhì)在腔外工作注入時(shí)被驟然壓縮時(shí)的狀態(tài).過程EF表示腔內(nèi)工質(zhì)的絕熱壓縮過程.腔外部分工質(zhì)的狀態(tài)過程為:由R(溫度為T3)經(jīng)等壓降溫至S(溫度為外界溫度T0),再由S經(jīng)等壓膨脹至G(溫度為T2).G(腔外工質(zhì))和F(腔內(nèi)工質(zhì))合在一起就是A(整體工質(zhì)).從定量關(guān)系看,C點(diǎn)的橫坐標(biāo)應(yīng)該等于D、R橫坐標(biāo)之和;A點(diǎn)的橫坐標(biāo)應(yīng)該等于G、F橫坐標(biāo)之和.熱機(jī)經(jīng)過一個(gè)循環(huán),對外做功為AB線下的面積減去DE線下的面積所得之差[1,2].

      圖5 自換氣式熱機(jī)工質(zhì)狀態(tài)循環(huán)圖

      需要指出的是,圖5所示的過程僅僅是對換氣式熱機(jī)的一種簡化描述.因?yàn)?,理論課上所講授的理想的等溫過程、等壓過程或絕熱過程在實(shí)際熱機(jī)中嚴(yán)格說來是不存在的,用理想過程描述實(shí)際熱機(jī),都是抓主要矛盾,近似用理想過程來進(jìn)行簡化描述,以期對一物理過程有一個(gè)比較理性的基本正確的理解.本節(jié)所述即是這樣.

      3 結(jié)語

      換氣式空氣熱機(jī)是靠在活塞側(cè)壁上設(shè)置通氣孔,在連桿飛輪處于上下止點(diǎn)時(shí)通氣孔接通氣缸腔使它與外界進(jìn)行氣體交換的一種熱機(jī).它的高低溫?zé)嵩唇圆荒苡脝我粶囟鹊臒嵩磥肀硎?由于熱機(jī)對外做功環(huán)節(jié)是整體工質(zhì)所完成的,而外界對熱機(jī)做功環(huán)節(jié)是對缸內(nèi)部分工質(zhì)所進(jìn)行的,因此在一個(gè)循環(huán)中工質(zhì)對外界所做的凈功比較多,故這種熱機(jī)比較易于實(shí)現(xiàn)自持工作.

      [1]趙凱華,羅蔚茵.新概念物理學(xué)教程熱學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1998:135-169.

      [2]張三慧.大學(xué)物理(第二冊)熱學(xué)[M].2版.北京:清華大學(xué)出版社,1999:100-137.

      [3]天津啟星動力科技有限公司產(chǎn)品說明書,可見:www.5iMX.com

      猜你喜歡
      熱機(jī)大氣壓飛輪
      把握重點(diǎn) 學(xué)習(xí)熱機(jī)
      “大氣壓強(qiáng)”知識鞏固
      “熱機(jī)”易錯(cuò)大盤點(diǎn)
      飛輪座注射模設(shè)計(jì)
      模具制造(2019年7期)2019-09-25 07:30:00
      大氣壓強(qiáng)知多少
      熱機(jī)的起源與發(fā)展
      可怕的大氣壓
      搗蛋吧,大氣壓
      輪峰推出兩款飛輪新產(chǎn)品
      Word Formation in English for Science and Technology
      巴里| 康定县| 宁陵县| 平陆县| 舟山市| 吉首市| 菏泽市| 花莲市| 山东省| 正定县| 塔河县| 义马市| 惠水县| 镇安县| 富蕴县| 张家口市| 陵川县| 梅州市| 腾冲县| 平罗县| 密云县| 阿荣旗| 凌海市| 晋江市| 龙游县| 财经| 页游| 祁连县| 定日县| 邻水| 莱阳市| 江都市| 赤城县| 特克斯县| 靖远县| 盐源县| 临颍县| 通渭县| 汶川县| 鞍山市| 咸阳市|