[实用新型]一种动态调节压缩比同步显示P-V曲线的斯特林热机教具

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种斯特林热机物理实验演示教具，属于物理实验仪器领域，具体涉及一种通过在热机运转过程中动态调节工质压缩比，同步显示与观测热机循环曲线图变化趋势的斯特林热机教具。

背景技术

热学作为高等学校开设的一门基础课程，主要研究物质处于热状态时的有关性质与规律，而作为热学中着重探讨的循环过程与热机效率计算的有关内容，其意义更是不言而喻。但目前各高校中除了对于该部分内容的理论教学，明显缺乏与之相应的实验演示与实验课程，从而使学生缺少了对于热机运转的直观感受以及对循环曲线形成过程的正确认识。

值得指出，身处“能源时代”的今天，在石油和煤炭资源日渐稀缺的此刻，更多政府部门开始将发展的眼光投向可再生能源的利用。而斯特林热机作为一种可使用太阳能清洁可再生能源的高效率热机，其发展前途不可估量。譬如，抛物镜-斯特林热机太阳能发电系统具有高光电转换效率，可用于太阳能发电；国外常规潜艇的热机AIP系统中也应用了斯特林热机实现能量的转换。由此，设计一台斯特林热机演示教具，不仅能够培养学生的实际操作能力，更是引导他们抓住时代的脉搏。

传统热机模型只能单纯地用以观察其运转过程，无法同步显示工作气体的P-V循环曲线图的变化过程，对于达到开设物理演示实验的要求尚有差距。同时，压缩比是热机中一个非常重要的概念，它是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比，即气缸总容积与燃烧室容积之比，表示了工作气体的压缩程度。在实验中当我们想要探测改变工作气体压缩比对循环曲线图的影响时，常规办法就是在尽量避免改变其他条件情况下，拆换不同尺寸气缸从而实现该目的，但由于此过程中涉及多次拆换动力气缸，十分繁琐，而且实验条件也必然会有所改变，给实验结果带来显著误差。

实用新型内容

针对以上指出的诸多问题，本实用新型提供一种动态调节压缩比同步显示P-V曲线的斯特林热机教具，可解决现有模型中难以同步显示工作气体P-V曲线图变化的问题，使实验者能够直观地体会斯特林循环图的形成过程，并进一步克服了在不拆换气缸前提下，最大限度地减小实验误差，实现研究工作气体压缩比变化对P-V曲线图的影响的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种动态调节压缩比同步显示P-V曲线的斯特林热机教具，所述斯特林热机教具包括：热机支架、热缸组件、动力缸组件、轨尺、压力变送芯体、导气管、位移传感器、数据采集卡和飞轮；所述轨尺、压力变送芯体、位移传感器及飞轮设置于所述热机支架上，所述动力缸组件固定于所述轨尺上，所述热缸组件和所述动力缸组件分别与所述飞轮连接，所述热缸组件与所述动力缸组件之间连接导气管，所述压力变送芯体与所述动力缸组件连接，所述压力变送芯体和所述位移传感器分别与所述数据采集卡连接。

进一步的，所述热机支架包括：第一杆体及设置于第一杆体上端的第一安装板。

进一步的，所述飞轮设置于所述第一杆体下端。

进一步的，所述轨尺一端固定于所述第一安装板下端一侧，所述轨尺另一端通过一固定板与动力缸组件连接，所述动力缸组件竖直固定于所述轨尺上。

进一步的，所述热缸组件包括：热缸与置换活塞，所述热缸两端密封，所述置换活塞的活塞杆伸出所述热缸。

进一步的，所述动力缸组件包括：动力缸与动力活塞，所述动力缸一端密封，所述动力缸密封端通过导气管与所述热缸一端连接。

进一步的，所述置换活塞与所述动力活塞分别通过连杆连接于所述飞轮上同一偏心处。

进一步的，所述动力缸密封端通过一软管与所述压力变送芯体连接。

进一步的，所述位移传感器设置于所述第一杆体上端，所述位移传感器与所述动力缸组件处于同一竖线。

本教具的优点是造型精小，操作简单。利用Labview应用程序可同步观察工作气体P-V曲线变化。动力输出部分与加热部分二者分离，可运用轨尺在不拆换不同尺寸的动力缸的条件下，实现压缩比的动态调节，从而达到探究气体压缩比变化对P-V曲线图的影响的目的。

附图说明

图1是本实用新型教具的主视结构示意图；

图2是本实用新型教具的后视结构示意图；

图3是本实用新型教具具压力变送芯体、动力缸组件与轨尺连接示意图；

图4是本实用新型教具压力变松芯体、位移传感器与数据采集卡连接示意图。

具体实施方式