空气热机电加热综合型_2007-03-02
空气热机原理实验
热机是将热能转换为机械能的机器。历史上对热机循环过程及热机效
率的研究，曾为热力学第二定律的确立起了奠基性的作用。斯特林1816
年发明的空气热机，以空气作为工作介质，是最古老的热机之一。虽然现
在已经发展了内燃机、燃气轮机等新型热机，但空气热机结构简单，便于
帮助理解热机原理与卡诺循环等热力学中的重要内容，是很好的热学实验
输入T1 / T2温度信号；
12－转速/转角信号输入口（五芯）：用五芯连接线和热机相应的接口
相连，输入转速/转角信号；
13－转速限制接口：加热源为电加热器时使用的限制热机最高转速的
接口；当热机转速超过15 n/s（会伴随发出间断蜂鸣声）后，热机测试仪
会自动将电加热器电源输出断开，停止加热；
14－电源输入插座：输入AC 220 V电源，配1.25 A保险丝；
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区间
不断交换，气体可通过位移活塞与位移汽缸间的间隙流动。工作活塞与位
移活塞的运动是不同步的，当某一活塞处于位置极值时，它本身的速度最
小，而另一个活塞的速度最大。
图1空气热机工作原理
当工作活塞处于最底端时，位移活塞迅速左移，使汽缸内气体向高温
所示。在一次循环过程中气体对外所作净功等于P-V图所围的面积。
根据卡诺对热机效率的研究而得出的卡诺定理，对于循环过程可逆的
理想热机，热功转换效率：
η= A/Q1 =（Q1-Q2）/Q1=（T1-T2）/T1 =ΔT/ T1
式中A为每一循环中热机做的功，Q1为热机每一循环从热源吸收的热
量，Q2为热机每一循环向冷源放出的热量，T1为热源的绝对温度，T2为冷
源的绝对温度。
实际的热机都不可能是理想热机，由热力学第二定律可以证明，循环
DYK空气加热器
DYK空气加热器
1、概述
DYK空气加热器是燃煤电厂除灰系统使用的新型空气加热器设备，适用于电厂空气输送斜槽气化风加热，电除尘器灰灰斗气化和贮灰库气化风加热等方面。
空气加热器设备由空气加热器本体和控制系统两部分组成。
发热元件采用1Cr18Ni9Ti不锈钢作保护套管， 0Cr27AI7M02高温电阻合金丝、结晶氧化镁粉，经压缩工艺制成。
控制部分采用数字电路、集成电路触发器、高反压可控硅等组成可调测温、恒温系统，保证了空气加热器的正常运行。
空气加热器发热元件采用直管型结构，方便安装和拆卸。
电热管导热性好，绝缘性优，在加热器内部设有导流板，空气加热均匀。
空气加热器控制柜与气化风机之间具有连锁控制功能和就地控制及远传控制接口，当设备突然停机后重新启动时，控制柜可自动调整。
2、主要技术参数
型号：DYK80~100（Ⅱ）
额定功率：15kW ~ 90kW
输入电压：380V±5%(三相四线)
控温精度：0.5级
冷态绝缘电阻：≥2MΩ。
空气-水复合平板型太阳能集热器
空气-水复合平板型太阳能集热器随着环境保护意识的增强和可再生能源的发展，太阳能已经成为了全球最为重要和广泛应用的一种清洁能源。
而太阳能集热器作为太阳能利用的重要设备，正被越来越多的人所关注。
目前太阳能集热器的种类也越来越多，其中空气-水复合平板型太阳能集热器是一种比较新型的集热器，应用广泛，具有很好的使用效果。
今天，本文将为大家介绍空气-水复合平板型太阳能集热器。
一、基本原理空气-水复合平板型太阳能集热器是一种利用太阳能进行空气加热及水加热的专业设备。
其基本原理是在太阳能辐射下，太阳能集热器表面的吸收体吸收太阳能，将其转化为热能，使空气和水得以被加热。
集热器表面的吸收体通常是黑色的金属板或黄铜板，能够有效地吸收太阳能，并加速热量的传递。
空气-水复合平板型太阳能集热器分为内部水循环系统和外部空气加热系统两个部分。
内部水循环系统包括水箱、水泵、水管等组成，主要是将水从水箱中抽出，经过循环加热后，再回到水箱中，循环操控，保证水能够得到充分的加热。
而外部空气加热系统则是通过管道将空气引至集热器内部，使之在集热器表面上进行加热和扩散，加热后的空气再由管道排出。
二、结构组成一般来说，空气-水复合平板型太阳能集热器主要由以下几个部分组成：1. 集热器本体：集热器本体一般是一个由多个平板组成的集热面，其材质往往为铝合金，具有良好的导热性能和耐腐蚀能力。
集热器表面则使用一般为精制黑色涂层，以提高吸收太阳能的效果。
2. 吸收体：吸收体一般是一块特殊的板材，贴合在集热器的表面。
它能够吸收太阳能，并将其转化为热能进行传导，以加热水和空气。
3. 加热管路：加热管路连接水箱和集热器，主要用于将水从水箱抽出，经过加热之后再送回水箱。
加热管路一般由铜管、不锈钢管等材质制成，保证其能够承受高温和高压的要求。
4. 外接管路：这些管路一般是与集热器相连的管路，用于将空气引入集热器内部以进行加热。
管路材质一般为不锈钢，以防止腐蚀。
5. 控制器：控制器是空气-水复合平板型太阳能集热器必不可少的配件，主要用于监测集热器的温度和水位，调控水泵的运转，并保证水循环系统的稳定运行。
2022年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：空气热机是运用空气不同温度旳空气导致不同气压旳原理，使空气产生流动从而将热能转换为机械能旳机器。
本实验测量了不同旳冷热端温度时旳热功转换值及热机输出功率随负载及转速旳变化关系，验证了卡诺定理，探讨出热机效率旳影响因素。
核心词：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，热源等部分构成。
工作活塞使气缸内气体封闭，并在气体旳推动下向外做功。
当工作活塞处在最低端时，位移活塞迅速左移，使气缸内气体向高温区流动；进入高温区旳气体温度升高，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旳机械能；工作活塞处在最顶端时，位移活塞迅速右移，使气缸内气体向低温区流动，进入低温区旳气体温度减少，使气缸内压强减小，同步工作活塞在飞轮惯性力旳作用下向下移动，完毕循环。
卡诺根据对热机效率旳研究而得出了卡诺定理。
对于循环过程可逆旳抱负热机，热机转换效率：η=A/Q1=(Q1-Q2)/Q1=(T1-T2)T1=△T/T1实际旳热机都不也许是抱负热机，由力学第2定律可以证明，循环过程不可逆旳实际热机，其效率不也许高于抱负热机，此时热机效率：η≤△T/T1卡诺定理指出了提高热机效率旳途径，就过程而言，应当使实际旳不可逆机尽量接近可逆机。
就温度而言，应尽量旳提高冷热源旳温度差。
当热机带负载时，热机向负载输出旳功率可由力矩计测量而得，且热机实际输出功率旳大小随负载旳变化而变化。
1.2 实验设备1）空气热机实验仪（电加热型热机实验仪）2）电加热器电源3）双跟踪示波器1.3 实验措施1)测量不同冷热温度时旳热功转换值根据阐明将各部分仪器连接起来，取下力矩计。
打开电源，取下力矩计，将加热电压加到第11档（36伏左右），等待约6-10分钟，待加热电阻丝已发红后，用手顺时针拨动飞轮，使热机运转起来（热机测试仪显示旳温差△T在100度以上时易于启动）。
新型高温空气加热器的试验研究
新型高温空气加热器的试验研究聂 欣1,周俊虎2,吕 明2,岑可法21.杭州电子科技大学,浙江杭州 3100182.浙江大学,浙江杭州 310027[摘 要] 高温空气加热器是高温空气点火试验台的关键设备,将中频加热设备和静态混合器相结合,提出了一种新型的高温空气加热器,并对其运行过程中的电源波动特性、冷热态的阻力特性、加热效率进行了试验研究。
与原有的空气加热器进行比较表明,不锈钢材料在中频加热条件下,仍然呈现一定的弱磁性,其冷热态阻力与进口冷空气流速符合幂函数关系。
该加热器具有结构简单,加热效率高等优点,明显优于原有的加热器。
[关 键 词] 高温空气;加热器;静态混合器;电源特性;阻力;加热效率[中图分类号] T K17[文献标识码] A[文章编号] 1002-3364(2008)08-0009-04收稿日期: 2008-01-28作者简介: 聂欣(1974-)男,博士,杭州电子科技大学机械学院讲师,主要从事煤粉直接点火以及多相流动数值模拟等方面的教学与研究。
E -m ail :xin_nie2000@ 高温空气加热器是高温空气点火装置的关键设备,对安全稳定点燃煤粉,提高直接点火系统的经济效益,起着较为关键的作用。
常见的空气加热器多为使用电阻丝等电热导体制成的电加热器[1,2],其一般最高加热温度不超过700℃,且由于电阻丝多次反复升温后脆性加大[3],容易断裂,故而可靠性较差。
应用于高温燃烧使用的蓄热式高温空气加热器[4,5],虽然可以将空气加热至1000℃以上,但其需要使用高温烟气对蓄热体进行反复加热,只能用于高温燃烧这样的特定场合,无法用于高温空气冷炉点火。
浙江大学热能所对多种无油点火燃烧器进行研究[3,4],通过运用中频加热原理,研发了能转用于煤粉直接点火的多回程式高温空气加热器[6](图1),但该设备也存在结构复杂,加热效率较低等不足。
为此,在原有研究基础上,将中频加热设备和静态混合器相结合,开发了一种新型的混合器式高温空气加热器(图2)。
空气电加热器
空气电加热器一、产品特点：1、体积小，安装方便，功率大；2、热效率高，可达90%以上；3、升温与降温速度快，升温可以按照10℃/分钟速率升，控制平稳，升温曲线平滑，控温精度高；4、加热器设计最高工作温度可达850℃，而外壁温度控制在60℃左右；5、该加热器内部由特殊电热元件组成，功率负荷取值保守，再加上加热器内部采用多重保护，使得加热器本身安全性和寿命就很高；6、应用范围宽，适应性强，加热器可适用于各种防爆或普通场合，它的防爆等级可达B 级和C 级，它的耐压可达20Mpa；7、无污染，高效节能，安全可靠。
二、控温装置：空气电加热器的控制精度一般都很高，主要是利用仪表PID控制整个控温系统，操作简单，稳定性高，精度高。
而且加热器内部设有超温报警点，当检测到内部因空气流量不稳定引起局部超温现象，报警仪表将输出报警信号，切断所有供热功率，保护加热元件的正常使用寿命，同时进一步使用户的供热设备能安全可靠的正常运行。
三、选型须知：在选购空气电加热器的时候，用户只需将设备技术图纸与技术要求提供给海联公司技术部就可。
海联公司将根据现场工况与温度要求计算加热器的设计功率和加热器的外型结构，并且将附图与用户，并对电加热器具体外型尺寸与安装方式与用户进行研究与沟通.同时海联公司还可根据用户的工艺温度做适当的设计与调整，这样可以将管状电热元件的使用寿命大大增加，充分完成用户的加热温度要求，再有利用温度控制柜对电加热器温度进行控制充分达到用户满意的目标。
同时空气电加热器系列在供货时可配带一些附件如：压力表，各种防爆阀门，现场防爆操作箱，电源接线盒，防爆温度控制器，隔爆型配电箱，以及非防爆配电柜。
四、应用领域：空气电加热器主要是用来将所需要的空气流从初始温度加热到所需要的空气温度，最高可达850℃。
已被广泛的应用到航空航天、兵器工业、化工工业和高等院校等许多科研生产试验室。
特别适合于自动控温和大流量高温联合系统和附件试验。
空气加热器相关知识介绍
空气加热器相关知识介绍空气加热器是主要对气体流进行加热的电加热设备。
空气加热器的发热元件为不锈钢电加热管，加热器内腔设有多个折流板(导流板)，引导气体流向，延长气体在内腔的滞留时间，从而使气体充分加热，使气体加热均匀，提高热交换效率。
空气加热器的加热元件不锈钢加热管，是在无缝钢管内装入电热丝，空隙部分填满有良好导热性和绝缘性的氧化镁粉后缩管而成的。
当电流通过高温电阻丝的时候，产生的热通过结晶氧化镁粉向加热管表面扩散，再传递到被加热空气中去，以达到加热的目的。
空气加热器是主要对气体流进行加热的电加热设备。
空气加热器的发热元件为不锈钢电加热管，加热器内腔设有多个折流板(导流板)，引导气体流向，延长气体在内腔的滞留时间，从而使气体充分加热，使气体加热均匀，提高热交换效率。
空气加热器的加热元件不锈钢加热管，是在无缝钢管内装入电热丝，空隙部分填满有良好导热性和绝缘性的氧化镁粉后缩管而成的。
当电流通过高温电阻丝的时候，产生的热通过结晶氧化镁粉向加热管表面扩散，再传递到被加热空气中去，以达到加热的目的。
熔喷工艺需用大量的热空气。
空压机输出的压缩空气经除湿过滤后输送到空气加热器加热，然后再送至熔喷模头组合件。
空气加热器是压力容器，同时要抵抗高温空气的氧化作用，因此材料必须选用不锈钢。
空气加热器的发热元件为不锈钢电加热管。
加热器内腔设置多个折流板，可延长空气在加热器内腔滞留时间，以提高热交换效率。
适当增加加热管数量，提高空气加热器的装机功率，可缩短生产线开车升温时间。
熔喷工艺对牵伸空气加热器的温度控制精度要求较高，牵伸空气温度要求稳定在±1℃的范围内。
工作原理工作原理是把一个匝数较多的初级线圈和一个匝数较少的次级线圈装在同一个铁芯上。
输入与输出的电压比等于线圈匝数之比，同时能量保持不变。
因此，次级线圈在低电压的条件下产生大电流。
对于感应加热器来说，轴承是一个短路单匝的次级线圈，在较低交流电压的条件下通过大电流，因而产生很大的热量。
空气电加热器使用说明书
目录一、前言 (1)二、技术参数 (2)三、结构及工作原理 (3)四、安装与使用 (4)五、维护与保养 (5)六、常见故障与维修 (5)七、易损件清单 (5)前言DYK型空气电加热器是我厂近年来研制成功的专门供燃煤发电厂除灰系统使用的新型加热设备，该设备由空气电加热器本体和控制系统两部分组成。
发热元件采用1Cr18Ni9Ti不锈钢无缝钢管作保护套管，OCr27A17MO2高温电阻合金丝、结晶氧化镁粉，经压缩工艺成型，使电加热元件的使用寿命得以保证。
控制部分采用先进的数字电路、集成电路触发器、可控硅等组成可调测温、恒温系统，保证了电加热器的正常运行。
该产品适用于电站空气输送斜槽气化风加热，电除尘器灰斗气化风和贮灰库气化风加热等方面。
二、技术参数（1）空气电加热器的规格与参数(表一)（2）控制柜的主要技术指标数据1.输入电压：380V±5%（三相四线）2.额定功率：15KW~90KW3.额定电流：23A~136A（单相）4.输出电压：≤210（单相）5.控温精度：0.5级6.控温范围：0~400℃三、主要结构及工作原理（1）空气电加热器结构(一)空气电加热器是由多支管状电热元件、筒体、导流板等几部分组成，管状电热元件是在金属管内放入高温电阻丝，在空隙部分紧密地填入具有良好绝缘性和导热性能的结晶氧化镁粉，采用管状电热元件做发热体，具有结构先进，热效率高，机械强度好，耐腐、耐磨等特点。
简体内安装了导流隔板，能使空气在流通时受热均匀。
（2）控制柜外形图（图二）（3）工作原理SWK-A型数显温度控制柜采用数显温度调节仪，集成电路触发器，大功率可控硅和测温元件组成测量、调节、控制回路，在电加热过程中测温元件将空气电加热器出口温度电信号送至数显温度调节仪进行放大，比较后显示测量温度值，同时输出0-10V电压信号到可控制硅触发组件的输入端，控制输出脉冲相位，从而控制可控硅导通角度大小，使控制柜具有良好的控制精度和调节特性。
空气热机的实验报告
一、实验目的1. 了解空气热机的工作原理和循环过程。
2. 通过实验验证卡诺定理。
3. 掌握空气热机的性能测试方法。
4. 分析影响空气热机效率的因素。
二、实验原理空气热机是一种将热能转换为机械能的热机，其工作原理基于热力学循环。
本实验采用斯特林循环作为空气热机的模型，斯特林循环是一种外燃式循环，主要由等容加热、等温膨胀、等压冷却和等容冷却四个过程组成。
三、实验仪器与设备1. 空气热机实验装置2. 温度传感器3. 电压表4. 电流表5. 数据采集器6. 计算机及实验软件四、实验步骤1. 将空气热机实验装置安装好，确保各部件连接正确。
2. 将温度传感器分别连接到高温区、低温区和气缸上，用于测量温度。
3. 使用电压表和电流表测量电加热器的电压和电流，以便计算加热功率。
4. 启动实验装置，记录高温区、低温区和气缸的温度变化，以及电加热器的电压和电流。
5. 改变电加热器的功率，重复步骤4，得到不同加热功率下的温度和功率数据。
6. 利用数据采集器和实验软件对实验数据进行处理和分析。
五、实验数据与分析1. 通过实验得到高温区、低温区和气缸的温度变化数据，以及电加热器的电压和电流数据。
2. 根据实验数据，绘制nA/T与T/T1的关系图，验证卡诺定理。
3. 分析不同加热功率下热机输出功率和转速的变化，计算热机实际转化效率。
4. 探讨影响空气热机效率的因素，如加热功率、工作温度、气体比热容等。
六、实验结果1. 通过实验验证了卡诺定理，即在相同高温热源和低温热源条件下，热机的效率与工作温度成正比。
2. 在一定误差范围内，随着热端温度升高，nA/T与T/T1的关系呈现线性变化。
3. 热端温度一定时，输出功率随负载增大而变大，转速减小。
七、实验结论1. 空气热机是一种将热能转换为机械能的有效装置，其工作原理基于热力学循环。
2. 卡诺定理在空气热机实验中得到了验证。
3. 空气热机的效率受到加热功率、工作温度和气体比热容等因素的影响。
空气加热
空气电加热器一、三维风道式电加热器风道式加热器主要用于风道中的空气加热，规格分为低温、中温、高温三种形式，在结构上的共同之处是采用钢板支撑电热管以减少电热管的振动，接接线盒中都装有超温控制装置。
另在控制方便除装有超温保护外，还必须在风机与加热器之间加联运装置，以确保电加热器起动必须在风机起动之后，在加热器前后加一差压装置，以防风机故障，通道加热器加热的气体压力一般不应超过10Kg/cm2，如超过以上压力规格，请选用循环式电加热器，低温型加热器气体加热最高温度不超过160℃；中温型不超过360℃；高温型不超过850℃。
二、应用领域：空气电加热器主要是用来将所需要的空气流从初始温度加热到所需要的空气温度，最高可达850℃。
已被广泛的应用到航空航天、兵器工业、化工工业和高等院校等许多科研生产试验室。
特别适合于自动控温和大流量高温联合系统和附件试验。
空气电加热器使用的范围宽：可以对任何气体加热，产生的热空气干燥无水份、不导电、不燃烧、不爆炸、无化学腐蚀性、无污染、安全可靠、被加热空间升温快（可控）。
三、技术特点1、能使空气加热到很高的的温度，可达850℃，壳体温度只有50℃左右。
2、效率高：可达0.9以上。
3、升温和降温速率块，可达10℃/S，调节快而稳定。
不会出现所控空气温度超前和滞后现象而使温度控制漂移不定，很适合自动控制。
4、机械性能好：因为它的发热体为特制合金材料，所以在高压空气流的冲击下，它比任何发热体的机械性能和强度都好，这对于需要长时间连续不断对空气加温的系统和附件试验更具有优越性。
5、在不违反使用规程时，经久耐用，使用寿命长达十年。
6、空气洁净，体积小。
7、可根据用户的需要，设计多类型的空气电加热器。
四、规格型号单台功率从2KW～10000KW系列河北省枣强县兲通电力设备有限公司·无套管式搪瓷管式空气预热器管式预热器运行中的主要问题有：○烟气进口磨损○烟气出口低温腐蚀○积灰严重电厂管式空气预热器的磨损主要在烟气进口100-150mm处.由于烟气在进入预热器换热管后形成烟气涡流,涡流携带粉尘固体物磨擦管壁.一旦管壁磨穿,就会形成漏风.为防止漏风,预热器设计中采用加装金属套管,套管磨穿后再进行更换.加装的套管减小了20%的进风口的流通面积,从而加大了空气流速,使磨损更加严重.管式预热器的另外一个问题就是低温腐蚀.预热器排烟温度较低时,就会形成露点,产生硫腐蚀.硫腐蚀的产生不仅造成预热器的漏风,而且还会造成预热器管的积灰堵塞.我公司结合电厂实际问题,独自开发了"无套管搪瓷管式空气预热器",填补了国内空白,获得了国家专利,使用寿命长达10年.该技术采用在预热器烟气进口烧制一种高耐磨搪瓷专用涂层,取消了金属套管,加大了空气流通面积,降低了烟气流速,从而使磨损极为减轻.同时在烟气出口处烧制搪瓷涂层,彻底解决低温腐蚀,而且由于搪瓷表面光滑,不容易产生积灰,减少预热器堵塞.无爆瓷,允许0.5-2mm瘤结现象持续间超过10个碳钢管0.5%对整个预热器影响＜0.01%·内涂搪瓷螺槽管空气预热器螺旋槽管的特点:●烟气在螺旋槽管内流动发生强烈的湍流扰动,强化换热,传热系数较光管提高一倍.因此,空气预热器整体换热系数较光管提高50%,壁可提高20度过左右,效减轻低温腐蚀及堵灰,降低排烟温度增加热风温度提高锅炉效率.●我公司采用专利技术,在螺旋槽管进风口和出风口内涂一种高耐磨耐腐蚀搪瓷,可彻底解决预热器的磨损和低温腐蚀问题,使预热器寿命延长.(本搪瓷涂层具有和槽管同等的膨胀系数,保证500℃以下激冷不爆瓷，高温焊接完全不爆瓷.)●本公司产品在预热器上部300mm处加装隔板,上管板和加装钢板间填充耐磨耐高温填料.确保预热器进风口磨损永不漏风.●本公司选用国内最为先进的专利机械设备,生产效率和产品质量有良好保证,所有产·回转式空气预热器搪瓷传热元件当您的空气预热器出现以下问题时,请考虑采用搪瓷传热元件:○低温腐蚀严重○堵灰严重○漏风率偏高搪瓷传热元件的特点: ·超强的耐腐蚀能力. ·表面光滑,不易积灰,减少堵塞,更容易清洗.·可降低排烟温度,提高运行效率. ·超强的耐磨、耐冲刷能力.天通公司搪瓷传热元件的特点:·公司产品依美国ABB预热器公司标准生产,所有产品均达到和超过标准要求.·公司产品已被国家电力公司鉴定,并被确定为电力推荐产品.本公司引进美国搪烧技术,搪烧过程中32温区自动控温,搪瓷涂层均匀一致,表面光滑,且只有一个工艺孔,避免了多工艺孔造成的电泳腐蚀和酸腐蚀.·公司产品搪瓷涂层经过特殊的前处理,金属和搪瓷的结合形成梯度层,密着力更强,在燃爆式吹灰器工况条件下依然运行良好.·公司产品采取美国吊烧技术,传热元件成品保证平整,避免了平烧元件弯曲产生应力,造成对搪瓷的破坏.·公司产品配方独特,抗腐蚀能力更强.·公司产品传热系数与考登钢基本相同,由于该产品无积灰,实际传热效果比考登钢更好.·回转式空气预热器普钢及考登钢传热元件·天通电力的产品依美国ABB预热器公司生产标准生产.·本公司生产的考登钢、普钢传热元件广泛用于预热器的中低高温段.·本公司生产的传热元件选用优质钢材,确保产品质量.·本公司传热元件波形齐全,并可根据用户需要设计生产.·本公司可年生产各种材质传热元件3000吨.本产品广泛用于预热器的中低高温段，产品选用优质考登钢，质量可靠，波形齐全，并可根据用户需要设计生产。
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空气热机实验热机是将热能转换为机械能的机器。
历史上对热机循环过程及热机效率的研究，曾为热力学第2定律的确立起了奠基性的作用。
斯特林1816年发明的空气热机，以空气作为工作介质，是最古老的热机之一。
虽然现在已发展了内燃机，燃气轮机等新型热机，但空气热机结构简单，便于帮助理解热机原理与卡诺循环等热力学中的重要内容，是很好的热学实验教学仪器。
【实验目的】1．理解热机原理及循环过程2．测量不同冷热端温度时的热功转换值，验证卡诺定理3．测量热机输出功率随负载及转速的变化关系，计算热机实际效率【实验仪器】空气热机实验仪，空气热机测试仪，电加热器及电源，计算机（或双踪示波器）【实验原理】空气热机的结构及工作原理可用图1说明。
热机主机由高温区，低温区，工作活塞及汽缸，位移活塞及汽缸，飞轮，连杆，热源等部分组成。
热机中部为飞轮与连杆机构，工作活塞与位移活塞通过连杆与飞轮连接。
飞轮的下方为工作活塞与工作汽缸，飞轮的右方为位移活塞与位移汽缸，工作汽缸与位移汽缸之间用通气管连接。
位移汽缸的右边是高温区，可用电热方式或酒精灯加热，位移汽缸左边有散热片，构成低温区。
工作活塞使汽缸内气体封闭，并在气体的推动下对外做功。
位移活塞是非封闭的占位活塞，其作用是在循环过程中使气体在高温区与低温区间不断交换，气体可通过位移活塞与位移汽缸间的间隙流动。
工作活塞与位移活塞的运动是不同步的，当某一活塞处于位置极值时，它本身的速度最小，而另一个活塞的速度最大。
图1 空气热机工作原理当工作活塞处于最底端时，位移活塞迅速左移，使汽缸内气体向高温区流动，如图1 a所示；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，如图1 b 所示，在此过程中热能转换为飞轮转动的机械能；工作活塞在最顶端时，位移活塞迅速右移，使汽缸内气体向低温区流动，如图1 c 所示；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作用下向下运动，完成循环，如图1 d 所示。
在一次循环过程中气体对外所作净功等于P-V图所围的面积。
根据卡诺对热机效率的研究而得出的卡诺定理，对于循环过程可逆的理想热机，热功转换效率：η = A/Q1 =（Q1-Q2）/Q1=（T1-T2）/T1 = ΔT/ T1式中A为每一循环中热机做的功，Q1为热机每一循环从热源吸收的热量，Q2为热机每一循环向冷源放出的热量，T1为热源的绝对温度，T2为冷源的绝对温度。
实际的热机都不可能是理想热机，由热力学第2定律可以证明，循环过程不可逆的实际热机，其效率不可能高于理想热机，此时热机效率：η≦ΔT/ T1卡诺定理指出了提高热机效率的途径，就过程而言，应当使实际的不可逆机尽量接近可逆机。
就温度而言，应尽量的提高冷热源的温度差。
热机每一循环从热源吸收的热量Q1正比于ΔT/n，n为热机转速，η正比于n A/ΔT。
n，A，T1及ΔT 均可测量，测量不同冷热端温度时的nA/ΔT，观察它与ΔT/ T1的关系，可验证卡诺定理。
当热机带负载时，热机向负载输出的功率可由力矩计测量计算而得，且热机实际输出功率的大小随负载的变化而变化。
在这种情况下，可测量计算出不同负载大小时的热机实际效率。
【仪器介绍】仪器主要包括空气热机实验仪（实验装置部分）和空气热机测试仪两部分。
Ⅰ.空气热机实验仪1．电加热型热机实验仪如图2所示飞轮下部装有双光电门，上边的一个用以定位工作活塞的最低位置，下边一个用以测量飞轮转动角度。
热机测试仪以光电门信号为采样触发信号。
汽缸的体积随工作活塞的位移而变化，而工作活塞的位移与飞轮的位置有对应关系，在飞轮边缘均匀排列45个挡光片，采用光电门信号上下沿均触发方式，飞轮每转4度给出一个触发信号，由光电门信号可确定飞轮位置，进而计算汽缸体积。
压力传感器通过管道在工作汽缸底部与汽缸连通，测量汽缸内的压力。
在高温和低温区都装有温度传感器，测量高低温区的温度。
底座上的三个插座分别输出转速/转角信号、压力信号和高低端温度信号，使用专门的线和实验测试仪相连，传送实时的测量信号。
电加热器上的输入电压接线柱分别使用黄、黑两种线连接到电加热器电源的电压输出正负极上。
热机实验仪采集光电门信号，压力信号和温度信号，经微处理器处理后，在仪器显示窗口显示热机转速和高低温区的温度。
在仪器前面板上提供压力和体积的模拟信号，供连接示波器显示P-V图。
所有信号均可经仪器前面板上的串行接口连接到计算机。
加热器电源为加热电阻提供能量，输出电压从24V~36V连续可调，可以根据实验的实际需要调节加热电压。
力矩计悬挂在飞轮轴上，调节螺钉可调节力矩计与轮轴之间的摩擦力，由力矩计可读出摩擦力矩M ，并进而算出摩擦力和热机克服摩擦力所做的功。
经简单推导可得热机输出功率P=2πnM ，式中n 为热机每秒的转速，即输出功率为单位时间内的角位移与力矩的乘积。
2．电加热器电源①． 加热器电源前面板简介（见图3）1－电流输出指示灯：当显示表显示电流输出时，该指示灯亮； 2－电压输出指示灯：当显示表显示电压输出时，该指示灯亮；3－电流电压输出显示表：可以按切换方式显示加热器的电流或电压；4－电压输出旋钮：可以根据加热需要调节电源的输出电压，调节范围为“24V~36V ”，共分做11档； 5－电压输出“－”接线柱：加热器的加热电压的负端接口；6－电压输出“＋”接线柱：加热器的加热电压的正端接口；7－电流电压切换按键：按下显示表显示电流，弹出显示表显示电压；8－电源开关按键：打开和关闭仪器。
②．加热器电源后面板简介（见图4）9－电源输入插座：输入AC220V 电源，配3.15A 保险丝；10－转速限制接口：当热机转速超过15 n/s 后，主机会输出信号将电加热器电源输出电压断开，停止加热。
Ⅱ. 空气热机测试仪空气热机测试仪分为微机型和智能型两种型号。
微机型测试仪可以通过串口和计算机通讯，并配有热机软件，可以通过该软件在计算机上显示并读取P-V 图面积等参数和观测热机波形；智能型测试仪不能和计算机通讯，只能用示波器观测热机波形。
①．测试仪前面板简介（见图5）1－T 1指示灯：该灯亮表示当前的显示数值为热源端绝对温度；2－ΔT 指示灯：该灯亮表示当前显示数值为热源端和冷源端绝对温度差； 3－转速显示：显示热机的实时转速，单位为“转/每秒（n/s ）”；4－T 1 /ΔT 显示：可以根据需要显示热源端绝对温度或冷热两端绝对温度差，单位“开尔文（K ）”； 5－T 2显示：显示冷源端的绝对温度值，单位“开尔文（K ）”；6－T 1 /ΔT 显示切换按键：按键通常为弹出状态，表示4中显示的数值为热源端绝对温度T 1，同时T 1指示灯亮。
当按键按下后显示为冷热端绝对温度差ΔT ，同时ΔT 指示灯亮；7 8 9 10 11 127－通信接口：使用1394线热机通信器相连，再用USB 线将通信器和计算机USB 接口相连。
如此可以通过热机软件观测热机运转参数和热机波形（仅适用于微机型）；8－示波器压力接口：通过Q9线和示波器Y 通道连接，可以观测压力信号波形； 9－示波器体积接口：通过Q9线和示波器X 通道连接，可以观测体积信号波形； 10－压力信号输入口（四芯）：用四芯连接线和热机相应的接口相连，输入压力信号； 11－T 1 / T 2输入口（五芯）：用六芯连接线和热机相应的接口相连，输入T 1 / T 2温度信号； 12－转速/转角信号输入口（五芯）：用五芯连接线和热机相应的接口相连，输入转速/转角信号； ②．测试仪后面板简介（见图6）13－转速限制接口：加热源为电加热器时使用的限制热机最高转速的接口；当热机转速超过15 n/s （会伴随发出间断蜂鸣声）后，热机测试仪会自动将电加热器电源输出断开，停止加热； 14－电源输入插座：输入AC220V 电源，配1.25A 保险丝； 15－电源开关：打开和关闭仪器。
Ⅲ.空气热机通信器仅适用于微机型空气热机测试仪（详见《空气热机通信器安装和使用说明》）。
【微机型热机软件介绍】仅适用于微机型空气热机测试仪（详见软件说明书）。
【各部分仪器的连接方法】将各部分仪器安装摆放好后，根据实验仪上的标识使用配套的连接线将各部分仪器装置连接起来。
其连接方法为：用适当的连接线将测试仪的“压力信号输入”、“T 1 / T 2输入”和“转速/转角信号输入”三个接口与热机底座上对应的三个接口连接起来；用一根Q9线将主机测试仪的压力信号和双踪示波器的Y 通道连接，再用另一根Q9线将主机测试仪的体积信号和双踪示波器的X通道连接；（智能型热机测试仪）用1394线将主机测试仪的通信接口和热机通信器相连，再用USB线和计算机USB接口连接；热机测试仪配有计算机软件，将热机与计算机相连，可在计算机上显示压力与体积的实时波形，显示P-V图，并显示温度，转速，P-V图面积等参数（微机型热机测试仪）。
用两芯的连接线将主机测试仪后面板上的“转速限制接口”和电加热器电源后面板上的“转速限制接口”连接起来；用鱼叉线将电加热器电源的输出接线柱和电加热器的“输入电压接线柱”连接起来，黑色线对黑色接线柱，黄色线对红色接线柱，而在电加热器上的两个接线柱不需要区分颜色，可以任意连接。
【实验内容及步骤】用手顺时针拨动飞轮，结合图1仔细观察热机循环过程中工作活塞与位移活塞的运动情况，切实理解空气热机的工作原理。
根据测试仪面板上的标识和仪器介绍中的说明，将各部分仪器连接起来，开始实验。
取下力矩计，将加热电压加到第11档（36伏左右）。
等待约6～10分钟，加热电阻丝已发红后，用手顺时针拨动飞轮，热机即可运转（若运转不起来，可看看热机测试仪显示的温度，冷热端温度差在100度以上时易于起动）。
减小加热电压至第1档（24伏左右），调节示波器，观察压力和容积信号，以及压力和容积信号之间的相位关系等，并把P-V图调节到最适合观察的位置。
等待约10分钟，温度和转速平衡后，记录当前加热电压，并从热机测试仪（或计算机）上读取温度和转速，从双踪示波器显示的P-V图估算（或计算机上读取）P-V图面积，记入表1中。
逐步加大加热功率，等待约10分钟，温度和转速平衡后，重复以上测量4次以上，将数据记入表1。
以ΔT/ T1为横坐标，nA/ΔT为纵坐标，在坐标纸上作nA/ΔT与ΔT/ T1的关系图，验证卡诺定理。
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，读取并纪录各项参数于表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。
以n为横坐标，P o为纵坐标，在坐标纸上作P o与n的关系图，表示同一输入功率下，输出偶合不同时输出功率或效率随偶合的变化关系。