实验表明，斯特林发动机的实际有效效率能达到32%～40%，最高可达47%。如STM生产的50kW的斯特林发动机，其裸机工作时在1m处的噪声低于75dB。由于斯特林发动机中最大压力与最小压力之比一般小于2，因此，其扭矩比较均匀、运转比较平稳。斯特林发动机的结构简单，比内燃机少40%的零部件。......
2023-06-23
斯特林发动机的工作原理解析
【摘要】：采用正向斯特林循环工作的机器叫做斯特林发动机，或称为热气机；采用逆向斯特林循环工作的机器叫做斯特林制冷机或斯特林热泵。在新材料、新技术不断发展而石油资源日益短缺的今日，能使用多种类型燃料的斯特林发动机又被各国政府及一些公司重新重视。实现斯特林循环的发动机有较多的结构型式，常见的有配气活塞式、双活塞式、自由活塞式等类型。
图6-7 斯特林循环
我们从大家早已熟知的热力学中的理想循环——卡诺循环说起，它是由四个相继发生的热力过程组成的，即等温放热、绝热压缩、等温吸热和绝热膨胀。由理论分析得知，在相同的温度界限内，采用卡诺循环的热机具有最高的热效率。如果用两个等容过程代替两个绝热过程，则由此得到的新循环由等温压缩、等容加热、等温膨胀、等容放热四个过程组成，如图6-7所示。该循环在相同温限内可以得到比卡诺循环大得多的功量，但热效率却比卡诺循环低。苏格兰人罗伯特·斯特林提出采用回热器以提高此循环的热效率。采用回热器时，在理想的情况下，把4→1定容放热过程放出的热能按不同温度储存起来，而在定容吸热过程中让工质依次吸收。于是在整个循环中，只有3→4等温吸热、1→2等温放热过程和外界有热交换，若回热完全成功的话，则这种有回热措施的理想循环便和卡诺循环有同样的热效率，这就是热力学中阐述的概括性卡诺循环。这种有定容回热的概括性卡诺循环，也常称为斯特林循环。
采用正向斯特林循环工作的机器叫做斯特林发动机，或称为热气机；采用逆向斯特林循环工作的机器叫做斯特林制冷机或斯特林热泵。无论斯特林是正循环还是逆循环均可采用氢、氦、氮、空气、甘油等作为工质。由于斯特林发动机是外部燃烧闭式循环热机，理论热效率高，所以一百多年来，它始终吸引着广大热机工作者。在新材料、新技术不断发展而石油资源日益短缺的今日，能使用多种类型燃料的斯特林发动机又被各国政府及一些公司重新重视。
实现斯特林循环的发动机有较多的结构型式，常见的有配气活塞式、双活塞式、自由活塞式等类型。现以双活塞式发动机为例提供一简化的物理模型，说明实现斯特林循环的理想方法。如图6-8所示，在一个装有对置活塞的气缸中设置有回热器，把气缸分成二个空间。一个称为热缸，也叫膨胀缸；另一缸称为冷缸，也叫压缩缸。热缸中的活塞称为热缸活塞，热缸始终保持高温Tmax；冷缸中的活塞称为冷缸活塞，冷缸始终保持低温Tmin。回热器一般是由不锈钢丝网片构成的多孔基体，此处可抽象地认为它是一块“热力海棉”，它交替地吸热或放热，工质进行周期往复流动时进行热交换。同时，为分析问题方便起见，假设回热器无轴向导热，所以两端总维持温度梯度。
循环开始时，冷缸活塞处于外止点，热缸活塞处于内止点，紧靠回热器，如图6-8中的1位置所示。此时，可认为工质全部集中在冷缸中，工质的压力、温度均为最小值。
在等温压缩过程1→2中，热缸活塞在内止点不动，冷缸活塞由外止点向内止点移动，热缸活塞和冷缸活塞之间形成的工作腔，由V1=Vmax减小到V2=Vmin。此时，工质被压缩，因压缩而产生的热量通过缸壁传给环境，从而使工质温度保持不变。
图6-8 实现斯特林循环的理想方法
在等容加热过程2→3中，冷缸活塞运动到位置2以后，压力上升到P2，热缸活塞开始由内止点向外止点和冷缸活塞一起同步移动，以保持容积不变。工质通过回热器时吸热，温度上升到Tmax，压力上升到Pmax。此过程一直进行到冷缸活塞处于内止点，如图6-8中的3位置。
在等温膨胀过程3→4中，冷缸活塞移动到3位置后，在内止点处不动，热缸活塞继续左移，工质在热缸中从外部热源一面吸热一面膨胀，从而保持温度不变，但工质压力因膨胀作功而下降。这个过程一直进行到热缸活塞移动至外止点，如图6-8中的4位置。
在等容放热过程4→1中，从4位置开始，冷缸活塞和热缸活塞同步右移，使工作腔容积保持不变，从而实现等容过程。工质从热缸进入冷缸。工质通过回热器时，依次把不同温度的热能传给回热器基体，工质的温度从Tmax下降到Tmin。这个过程一直进行到热缸活塞移到内止点，回复到1位置。
以上分析均是理想情况，当周而复始地进行上述四个热力过程时，便是理想斯特林循环。
当然，理想循环是实际循环的高度概括和抽象，在实际工程中是不可能完全实现的。实际循环偏离理想循环的原因有许多，例如，第一，在双活塞式斯特林发动机中两个活塞都为扫到的部分形成了发动机的无益容积（也称为“死容积”），死容积的大小对发动机的性能有着重要的影响；第二，压缩和膨胀过程难以达到等温，而且不能忽略气体动力摩擦损失；第三，实际应用中也不可能做到完全回热，即回热器效率不可能达到100%；第四，对工质加热不仅发生在工质从回热器流向热缸的过程中，而且工质从热缸流向回热器的过程中也被加热，同样工质从回热器流向冷缸时，由于穿过冷却器也会被冷却；第五，活塞并不是缓慢地、间歇地运动，而是快速、连续地运动，再加上工质泄漏等多方面的原因，所以斯特林实际循环便严重地偏离斯特林理想循环了。
有关太阳能热发电站的文章
- 详细阅读
-
汽车发动机工作原理解析详细阅读
学习目标1.了解汽油发动机的工作原理。基础知识一、汽油发动机的工作原理汽油发动机通过不断燃烧汽油和空气的混合气产生热能。四冲程汽油发动机的基本结构如图4-23所示，主要部件有气缸、进气门、排气门、活塞、燃烧室、连杆、曲轴和火花塞。汽油发动机采用火花点火方式，即混合气通过电火花塞点燃。图4-23 四冲程汽油发动机的基本结构二、四冲程发动机工作循环发动机的作用就是将燃料燃烧的热能转换为机械能，从而输出动力。......
2023-09-17
-
碟式斯特林太阳能热发电系统的应用探析详细阅读
1984年，美国的Advanco公司研制了一套25kW碟式斯特林热发电系统，其最高太阳能-电能转换效率达到29.4%。美国“太阳能热发电计划”与Cummins公司合作，于1991年开始研发7kW碟式斯特林商用太阳能热发电系统。该热发电站预计将由20000个碟式斯特林发电系统组成，占地4500acre[1]，这是太阳能碟式斯特林发动机技术在商业发电领域第一次大规模应用。......
2023-06-23
-
转子发动机的结构特点与工作原理详细阅读
转子发动机的转子的三个工作面分别与气缸型面及端盖构成三个工作室，由转子三个顶角的径向密封片彼此分隔。图1.2转子发动机与往复式活塞发动机构造原理对比往复式活塞发动机；转子发动机转子发动机主要构成零件包括转子、气缸、偏心轴、齿轮、齿圈等，如图1.3所示。对于多缸转子发动机，相邻两缸之间要设置散热较好的中隔板。转子发动机平稳转动产生的振动相当小，而且没有气门机构，因此能够更平稳和更安静地运行。......
2023-06-23
-
STM工作原理解析详细阅读
图3-38STM的工作原理及仪器结构根据STM记录数据的不同，可将STM的工作模式分为恒流扫描和恒高扫描。图3-39STM的两种工作模式恒流模式恒高模式两种工作模式各有优缺点，恒流模式具有更好的垂直分辨率，但其扫描速度较慢；而恒高模式的扫描速度较快，可用于样品的某些动力学过程的研究，但其垂直分辨率较低。选择STM的工作模式时主要考虑样品表面的平整度，当样品表面粗糙时，通常采用恒流扫描；而样品表面很光滑时，可采取恒高模式。......
2023-06-20
-
发动机润滑装置及工作原理详细阅读
图9-19 发动机润滑系统1.油底壳、集滤器、吸入发动机润滑油保存在油底壳内，通过集滤器、润滑油进入油路，并被吸入润滑油泵。图9-20 油底壳油量2.润滑油泵润滑油泵是把润滑油压送到各运动部位的装置，通常由曲轴或凸轮轴通过链条驱动。图9-21 润滑油泵的类型润滑油泵的安装位置多种多样，部件数量少时可安装在曲轴前段，这对经济性较有利。......
2023-06-28
-
解开人类起源之谜：斯特林格博士论文揭示重要答详细阅读
现在，我们已经非常熟悉人类起源研究工作的历史过程了。多地区起源理论认为，人类起源地的范围非常广袤，早期人类种群分别生活在几个大洲，他们通过基因流动实现彼此之间的联系。斯特林格完成了他的博士论文，对一些关于人类起源的大问题给出了重要的解答。既然这具头骨历史如此久远，那就说明，人类有可能起源于非洲。在接下来的10年里，出现了更多的证据，能够支持人类起源地只有非洲一地的说法。......
2023-10-31
-
汽车发动机结构与工作原理详细阅读
压缩比是指气缸总容积与燃烧室容积之比，用ε 表示：图1－11发动机排量示意压缩比用来衡量空气或混合气被压缩的程度。其影响发动机的热效率。发动机的进气、压缩、做功、排气4 个工作过程称为一个工作循环。......
2023-08-29
相关推荐