能源与动力工程|气体热力学过程及参数分析虚拟仿真实验

一、前言

热力学第一定律、第二定律作为热力学的基石，从蒸汽机的发明到现代热力发电厂、航天工程的突破，始终引领着人类能源利用的革命。随着"双碳"战略的深入推进，热力学研究正迎来新的发展高峰。其中，充气过程是典型的非稳定流动开口系统，是工程热力学的重点和难点，也是实际工程中较常见的过程，如通过输气管道对气缸、气球等容器进行充气。

北京象新力突破传统实物实验的局限，设计包含了多种实际气体状态参数测定、热力学过程分析、能量转换分析等功能的气体热力学过程及参数分析虚拟仿真软件。

二、软件介绍

本实验软件旨在突破传统实物实验的局限，设计包含了多种实际气体状态参数测定、热力学过程分析功能，通过现代信息技术，拓展实验的广度和深度，使学生通过该虚拟仿真实验，全面掌握实际气体热力学过程。

实验分为闭口系实验及开口系实验两大类。闭口系分为定温实验、定压实验、定容实验、绝热实验四个实验，探究热力学第二定律的相关规律。开口系实验通过压缩空气罐和充气、放气阀门对容器充气和放气，探究热力学第一定律，分为定容绝热、定压绝热、定容等温、定压等温四个实验。

三、产品特点

本实验软件以实时数据仿真模型作为后台，集成多种气体的物理性质库及物性函数，提供专业的实时数据仿真引擎，以三维虚拟现实技术和底层数学模型相联系等手段实现交互操作，通过改变设备参数或者阀门开度，实现气体充、放气过程，帮助学生通过实验现象观察参数变化、压力-温度曲线、温-熵曲线，掌握热力学规律。工程中常见例子为通过输气管道对气缸、气球充气，活塞式压气机的工作过程等。

四、实验内容

1、闭口系实验

1.1、定温实验

选择气体，在定温实验中维持温度不变，通过调节容器挡板高度变化来改变体积，观察在体积变化时压力和其他参数变化，记录P-V曲线和T-S曲线。

1.2、定容实验

选择气体，在定容实验中维持容器挡板高度不变，通过设置温度变化，观察过程中压力和其他参数变化，记录P-V曲线和T-S曲线。

1.3、定压实验

选择气体，在定压实验中维持容器中气体压力不变，通过设置温度变化，观察过程中挡板高度和其他参数变化，记录P-V曲线和T-S曲线。

1.4、定熵实验

选择气体，在定熵实验中维持容器中气体为绝热状态，通过调节容器挡板高度变化来改变体积，观察在体积变化时压力和其他参数变化，记录P-V曲线和T-S曲线。

2、开口系实验

2.1、定容绝热实验

选择气体，在定容绝热实验中维持容器挡板高度不变，通过充气和放气，观察参数变化以及观察终参数。

2.2、定容绝热实验

选择气体，在定容绝热实验中维持容器中压力不变，通过充气和放气，观察参数变化以及观察终参数。

2.3、定容等温实验

选择气体，在定容等温实验中维持容器挡板高度不变，并维持温度不变，通过充气和放气，观察参数变化以及观察终参数。

2.4、定压等温实验

选择气体，在定压等温实验中维持容器终压力不变，并维持温度不变，通过充气和放气，观察参数变化以及观察终参数。

五、支撑课程

本产品可广泛应用于本科和高职类院校的实训和课程教学，主要针对能源与动力工程、航空航天工程、制冷与空调工程相关专业领域，可匹配工程热力学等课程。