四川大学空气热机实验报告.docx

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四川大学空气热机实验报告

四川大学空气热机实验报告

综合设计与创新物理实验

空气热机实验报告

学院:

XX学院

学生姓名:

XX

学号:

XX

二零XX年X月X日

空气热机实验报告

摘要：

空气热机是利用空气不同温度的空气导致不同气压的原理，使空气产生流动从而将热能转换为机械能的机器。

本实验测量了不同的冷热端温度时的热功转换值及热机输出功率随负载及转速的变化关系，验证了卡诺定理，探讨出热机效率的影响因素。

关键词：

空气热机卡诺定理热工转换输出功率

1实验过程

1.1实验原理

空气热机主机由高温区，低温区，工作活塞及气缸，位移活塞及气缸，飞轮，连杆，热源等部分组成。

工作活塞使气缸内气体封闭，并在气体的推动下向外做功。

当工作活塞处于最低端时，位移活塞迅速左移，使气缸内气体向高温区流动；进入高温区的气体温度升高，使气缸内压强增大并推动工作活塞向上运动，在此过程中热能转换为飞轮转动的机械能；工作活塞处于最顶端时，位移活塞迅速右移，使气缸内气体向低温区流动，进入低温区的气体温度降低，使气缸内压强减小，同时工作活塞在飞轮惯性力的作用下

实验中第一次加热，即加热电压为23.8伏时，从示波器上显示的P-V曲线图如图1：

图1

逐步增加加热功率等待约10分钟，温度与转速平衡后，重复以上测量4次以上。

实验结果记入表1中：

加热电压V

热端温度T1

温度差△T

△T/T1

A（P-V图面积）

热机转速n

nA/△T

23.8

429.5

122.3

0.284

0.02563

6.2

0.0013

25.6

433.0

125.1

0.290

0.02575

7.0

0.0014

27.6

447.6

138.1

0.309

0.02685

8.3

0.0016

28.6

458.6

147.1

0.321

0,02732

9.4

0.0017

29.6

472.3

157.8

0.334

0.02779

10.6

0.0019

表1测量不同冷热端温度时的热功转换值

以△T/T1为横坐标，nA/△T为纵坐标，在坐标纸上作nA/△T与△T/T1的关系图，附图2

图2不同冷热温度时的热功转换关系图

2）测量热机输出功率随负载及转速的变化关系

在最大加热功率下，用手轻触飞轮让热机停止运转，然后将力矩计装在飞轮轴上，拨动飞轮，让热机继续运转。

调节力矩计的摩擦力（不要停机），待输出力矩，转速，温度稳定后，读取并记录各项参数于表2中。

保持输入功率不变，逐步增大输出力矩，重复以上测量5次以上。

完成表2，数据处理结果如下：

输出功率：

Pi=VI=35.2×5.3≈187W

热端温度T1

温度差△T

输出力矩M

热机转速n

输出功率

Po=2πnM

输出效率

η0/i=Po/Pi

512.8

197.9

0.001

12.4

0.078

0.04%

519.4

203.1

0.003

11.1

0.209

0.11%

525.4

208.3

0.0051

9.5

0.304

0.16%

538.6

219.3

0.0085

8.1

0.432

0.23%

547.1

227.6

0.010

6.8

0.427

0.23%

552.1

233.5

0.012

5.2

0.392

0.21%

表2测量热机输出功率随负载及转速的变化关系

以n为横坐标，Po为纵坐标，在坐标纸上作Po与n的关系图（图3），表示同一输出功率下，输出偶合不同时输出功率或效率随偶合的变化关系。

图3热机输出功率随负载及转速的变化关系

2实验结果分析

1）从以上实验结果可看得出实验结论，在外加负载不变的情况下，随加热功率增大，nA/△T与△T/T1具有线性关系，验证了卡诺定理。

2）在同一加热功率下，岁摩擦力矩加大，转速降低，热端温度升高，温度差增加。

输出效率先是随摩擦力矩的加大而增大，有一个最佳配点，过了该点后，由于转速下降较多，导致输出效率下降。

参考文献：

[1]马世红,童培雄,赵在忠,等.文科物理实验[M].高等教育出版社,2008

[2]黄建群,胡险峰,雍志华,等.大学物理实验[M].四川大学出版社,2005

[3]吴百诗.大学物理[M].西安交通大学出版社,2009

Airheatengine

College:

xx

Name:

xx

StudentID:

xx

Abstract:

Theairheatengineisakindofmachineusingtheprinciplethatdifferentairtemperatureleadstodifferentpressuretomaketheairflow,inwhichwaytheheatenergycanbetransformedtothemechanicalenergy.Throughthisexperiment,theheatpowerconversionvalueandtherelationshipbetweenthepowerofheatengineoutputandload&thechangeofrotatingspeedcanbemeasured.TheCanotheoremwasverified;alsotheinfluencefactorsoftheheatengineefficiencywerediscovered.

Keywords:

Airheatengine,Canotheorem,Thermalconversion,Outputpower