Применение двигателей внешнего сгорания в качестве наглядного пособия при изучении физики, механики и термодинамики

  • Жүктеулер: 0
  • Көрсетілім: 437
  • Мектептен тыс мекемелер
  • 16/Янв/2017

Жарияланған материалдың жеке номері: 21045


Применение двигателей внешнего сгорания в качестве
наглядного пособия при изучении физики,
механики и термодинамики

Исаев Орман Сарманович, Жолдасбаева Жанат Султангельдиевна

ЮКО, город Кентау, Кентауский многопрофильный колледж,
преподаватели технических дисциплин

Пояснение:
Альтернативные источники энергии сейчас важны как никогда. Они привлекают внимание как бизнесменов так и ученых. В связи с этим вновь возник интерес к изобретению которому 190 лет- двигателю Стирлинга, названного в честь изобретателя Роберта Стирлинга.
Ключевые слова: Двигатель Стирлинга, энергия, законы физики, механики и термодинамики, альтернативные источники энергии.

Нашу планету окружает огромное количество бесплатной энергии, такие как: магнитное поле земли, тепловое или радиационное излучение солнца, подземные тепловые источники, ветер, течение рек и т.д. Эти природные энергии рассеяны и потому их очень трудно собрать. С ревних времен человечество, изучая эти природные явления изобретают различные приборы и установки, для того чтобы извлечь от природы пользу. Если изобретенные приборы извлекут от природных явлений 1% энергии, то можно это изобретение считать большим достижением человечества.
Всем хорошо известно, что ХХІ век известен атомной энергетикой и нет ей альтернативы. Но и в этой альтернативе также имеются свои недостатки такие как: загрязнение природы, радиационное излучение и массовое заражение недр земли. Учитывая негативно разрушающие факторы, наука не стоит на месте, изобретая более рациональные и менее разрушающие природы методы извлечения энергии. Одна из лучших и нескончаемых альтернативных энергий считается энергия солнца. Множество развивающихся стран евросоюза и такие кА Италия 7%, Алмания 6%, Греция 4% и т.д. делают большой акцент на этот вид энергии.
Казахстан, являясь крупнейшей центрально-азиатской республикой, имеет большой потенциал солнечной энергетики. Количество солнечных часов в год составляет 2200-3000 кВт/м2/год. Несмотря на очень выгодные условия, ресурс солнечной энергетики почти не используется.
В развитии солнечной энергетики Республики Казахстан могло бы существенно повлиять изучение и более детальный подход к этой отрасли уже со школы, а также подготовка кадров в колледжах и в ВУЗах страны.
Метод исследования.
Учитывая вышеуказанную информацию студенты кружка «Жас механик» Кентауского многопрофильного колледжа под руководством преподавателей технических дисциплин О.С.Исаева и Ж.С.Жолдасбаевой разрабатывают и изготавливают действующие модели двигателей внешним подводом тепла, такие как: двигатели Стирлинга, термоакустические и вакуумные (пожиратели огня) двигатели. Эти действующие макеты дают возможность студентам глубоко изучать законы термодинамики и теплотехники, наглядно указывая преобразование тепловой энергии в механическое движение, а механическое движение в электрическую энергию.
Самостоятельно изготовляя детали и собирая макеты, студенты глубоко ознакомляются с принципами работы и кинематической связью деталей двигателя. А также глубоко изучают законы физики, теплотехники и взаимосвязь между ними. Изготовленные образцы двигателей преподаватели колледжа демонстрируют на уроках в качестве наглядного пособия, а студенты защищают дипломные проекты, с каждым разом модернизируя конструкцию двигателей.
Итоги исследования:
Принцип действия двигателя Стирлинга заключается в том, что воздух остывая сжимается, а при нагреве расширяется. На рисунке 1 показана кинематическая схема двигателя. Вот как он работает:
В герметично закрытом цилиндре 1 воздух нагревается от внешнего источника тепла 8 (спиртовка), в процессе нагреве воздух расширяется внутри цилиндра 1и начинает выталкивать рабочий поршень 3 в рабочем цилиндре 2, для того чтобы воздух остудить в дальней части цилиндра 1 установлены охлаждающие ребра 5 (радиатор), чтобы воздух вытеснить с нагревающей части цилиндра 1 нам помогает другой поршень 4 (вытеснитель). Вытесняющий поршень 4 выталкивает воздух к охладительным ребрам 5, там воздух охлаждается и сжимается, а рабочий поршень 3 возвращает его обратно, вытесняющий поршень 4 освобождает место в начале цилиндра 1, 4 так цикл повторяется.
Чтобы скоординировать движение, рабочий поршень 3 вытесняющий поршень4 надо точно синхронизировать, для этого их соединяют маховиком 7. Шатуны поршней 6 прикреплены таким образом, что они движутся совершенно синхронно на всех стадиях. Пока горячий воздух вытесняет рабочий поршень 3 вытесняющий поршень 4 остается неподвижным, затем начинается вытеснение воздуха в холодный конец цилиндра 1, наконец оба поршня возвращаются к старту. Охлажденный воздух идет в начало цилиндра 1 чтобы нагреться и весь цикл повторяется.


Рис.2 Действующий макет двигателя Стирлинга

Тепловой двигатель Стирлинга стал мало затрачиваемой альтернативой новейших двигателей, так как внешний источник тепла нужен только для нагревания воздуха. В качестве источника тепла могут применяться различные виды топлива, включая энергию солнца. Из-за этого стоит развивать эту технологию. Сегодня двигатель Стирлинга применяется для разных целей. Благодаря простому принципу действия и устройству он нетребователен к обслуживанию. А с ростом загрязнения окружающей среды двигатель замкнутого цикла переживает возрождение.

Литература:
1. Уокер Г., Двигатели Стирлинга. «Машиностроение», 1980г.;
2. Ридер Г., Хупер У. Двигатели стирлинга. «Мир»,1986г.;
3. Сычев В.В., Вассерман А.А.,Козлов А.Д., Спиридонов Г.А., Цимарный В.А. Термодинамические свойства воздуха. ГСССД. Серия монографии. Издательство стандартов, 1978г. Тәрбие.орг сайтынан Применение двигателей внешнего сгорания в качестве наглядного пособия при изучении физики, механики и термодинамики Мектептен тыс мекемелер материалды тегін жүктеп сабақ барысында қолдануға рұқсат етіледі. Жарияланған материалға tarbie.org сайтының әкімшілігі жауапты емес

Авторы: Исаев О. С. Жолдасбаева Ж. С.

Пікірлер: 0

avatar