專利名稱：一種熱力學(xué)第二定律實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種熱力學(xué)第二定律實驗裝置，屬于教學(xué)器材技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景當前，在國內(nèi)中等和高等院校的物理教學(xué)中，主要是利用電冰箱來詮釋熱力學(xué)第二定律。即工作物質(zhì)(氟利昂或其替代品)在壓縮機作用下，實現(xiàn)壓縮一冷凝一膨脹一蒸發(fā)(吸熱)的循環(huán)，達到制冷的目的。其核心是通過節(jié)流過程使工作物質(zhì)液化。用這樣的裝置進行實驗的不足之處是學(xué)生無法通過數(shù)值計算直接領(lǐng)會第二定律的本質(zhì)，因為其中涉及氣-液轉(zhuǎn)化。熱力學(xué)的核心概念是熵，基本定律是熱力學(xué)第二定律一熵增加原理，對熵的概念的理解和應(yīng)用是教學(xué)的重點和難點。以實驗佐證理論無疑會使理論教學(xué)根植于堅實的實證基礎(chǔ)之上。但現(xiàn)有教學(xué)體系中無相關(guān)實驗，而是以演示的方式出現(xiàn)。上海實博實業(yè)有限公司KLS-I熱力學(xué)第二定律(克勞修斯表述)演示儀，由全封閉壓縮機、高溫熱源、低溫熱源、毛細管節(jié)壓閥、氣壓計、溫度計及卡諾循環(huán)管等組成。其缺點是工作物質(zhì)處于或部分處于凝聚態(tài)，在克勞修斯表述演示中氟利昂部分處于液態(tài)，在開爾文表述演示則是固態(tài)，較難進行熵變計算，不利于定量化說明熱力學(xué)第二定律，尤于熵概念相去較遠。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種熱力學(xué)第二定
律實驗裝置。采用以下技術(shù)方案—種熱力學(xué)第二定律實驗裝置,包括非節(jié)流的Hilsch-Ranque旋流管和高溫高壓氣體產(chǎn)生裝置，所述高溫高壓氣體產(chǎn)生裝置上設(shè)置氣體壓力傳感器和高溫高壓氣體溫度傳感器，非節(jié)流的Hilsch-Ranque旋流管內(nèi)部設(shè)置一分離氣孔,非節(jié)流的Hilsch-Ranque旋流管外形為T型；T型管的垂直部分與高溫高壓氣體產(chǎn)生裝置連接，T型管水平部分中央設(shè)置一圓形隔板，圓形隔板中心有一個分離氣孔，T型管一側(cè)出口處設(shè)置一截止閥和低溫氣體溫度傳感器，分別用于調(diào)節(jié)低溫氣體的流出量和檢測副側(cè)出口處低溫氣體溫度；T型管的另一側(cè)設(shè)置高溫氣體溫度傳感器。本實用新型利用非節(jié)流的Hilsch-Ranque旋流管,實現(xiàn)把高溫高壓氣體分成高溫和低溫兩部分，學(xué)生可以用理想氣體近似進行定量估算，更好地理解熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)。

圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型Hilsch-Ranque旋流管斷面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合具體實施例，對本實用新型進行詳細說明。參考圖I，本實用新型提供的基于Hi Isch-Ranque旋流管的熱力學(xué)第二定律實驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖，包括非節(jié)流的Hilsch-Ranque旋流管11,高溫高壓氣體產(chǎn)生裝置17,非節(jié)流的Hilsch-Ranque旋流管11內(nèi)部設(shè)置一分離氣孔12、非節(jié)流的Hilsch-Ranque旋流管11可以把高溫高壓氣體分成高溫和低溫兩部分，非節(jié)流的Hilsch-Ranque旋流管11外形為“T”型。T型管的垂直部分是高溫高壓氣體進入方向，T型管的垂直部分與高溫高壓氣體產(chǎn)生裝置17連接，高溫高壓氣體產(chǎn)生裝置17產(chǎn)生的高溫高壓氣體由T型管的垂直部分進入非節(jié)流的Hilsch-Ranque旋流管11內(nèi)，T型管的水平部分是氣體分離的主要發(fā)生部分，在T型管水平部分中央設(shè)計了隔板，隔板中心有一個分離氣孔12 (直徑為(35 5mm)，隔板上面有類似唱片紋理的指向隔板中心的螺旋紋。高溫高壓氣體從隔板的一邊進入T型管內(nèi)，并且氣體方向沿著管壁內(nèi)的切線方向進入，高溫高壓氣體在光滑管壁內(nèi)形成渦流。氣體距離管壁越遠距離分離氣孔12越近，其動能就越小，溫度越低；反之，距離分離氣孔12的位置遠的氣體的溫度高。由于管內(nèi)負壓的作用使得低溫氣體通過分離氣孔12，進入隔板的另一側(cè)(即副側(cè))，副側(cè)出口處還有一個截止閥14，用于調(diào)節(jié)副側(cè)的的低溫氣體的流出量，副側(cè)出口處還有一個低溫氣體溫度(TL)傳感器15，用于檢測副側(cè)出口處低溫氣體溫度TL。高溫氣體從另一側(cè)(原側(cè))累積溢出，利用設(shè)置在另一側(cè)(圖I中為左側(cè))的高溫氣體溫度傳感器16采集高溫氣體溫度Th。高溫高壓氣體產(chǎn)生裝置17上設(shè)置氣體壓力傳感器18和高溫高壓氣體溫度傳感器19，分別采集高溫高壓氣體壓強和入口處高溫高壓氣體溫度I；。采集高溫高壓氣體入口溫度(Ttl)和氣體壓強、旋流管分離后的低溫氣體溫度OY)、高溫氣體溫度(Th)數(shù)據(jù)，用嵌入式單片機SST89E516對三路采集溫度數(shù)據(jù)進行存儲、控制YM12864液晶屏實時顯示測量的溫度，通過熵變分析，能較直觀地說明熱力學(xué)第二定律是不可違背的。應(yīng)當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本實用新型所附權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種熱力學(xué)第二定律實驗裝置，其特征在于，包括非節(jié)流的Hilsch-Ranque旋流管和高溫高壓氣體產(chǎn)生裝置，所述高溫高壓氣體產(chǎn)生裝置上設(shè)置氣體壓力傳感器和高溫高壓氣體溫度傳感器，非節(jié)流的Hilsch-Ranque旋流管內(nèi)部設(shè)置一分離氣孔,非節(jié)流的Hilsch-Ranque旋流管外形為T型；T型管的垂直部分與高溫高壓氣體產(chǎn)生裝置連接，T型管水平部分中央設(shè)置一圓形隔板，圓形隔板中心有一個分離氣孔，T型管一側(cè)出口處設(shè)置一截止閥和低溫氣體溫度傳感器，分別用于調(diào)節(jié)低溫氣體的流出量和檢測副側(cè)出口處低溫氣體溫度；T型管的另一側(cè)設(shè)置高溫氣體溫度傳感器。
專利摘要本實用新型公開了一種熱力學(xué)第二定律實驗裝置，高溫高壓氣體產(chǎn)生裝置上設(shè)置氣體壓力傳感器和高溫高壓氣體溫度傳感器，非節(jié)流的Hilsch-Ranque旋流管內(nèi)部設(shè)置一分離氣孔，非節(jié)流的Hilsch-Ranque旋流管外形為T型；T型管的垂直部分與高溫高壓氣體產(chǎn)生裝置連接，T型管水平部分中央設(shè)置一圓形隔板，圓形隔板中心有一個分離氣孔，T型管一側(cè)出口處設(shè)置一截止閥和低溫氣體溫度傳感器，分別用于調(diào)節(jié)低溫氣體的流出量和檢測副側(cè)出口處低溫氣體溫度；T型管的另一側(cè)設(shè)置高溫氣體溫度傳感器。學(xué)生可以用理想氣體近似進行定量估算，更好地理解熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)。
文檔編號G09B23/16GK202383899SQ20112040281
公開日2012年8月15日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者周鋒子, 李新忠, 李立本, 董家庚, 陳慶東 申請人:河南科技大學(xué)