Как работает двигатель Стирлинга?

Роберт Стирлинг - история его изобретения

• В 1816 году шотландский священник Роберт Стирлинг изобрел прерывистый тепловой двигатель.
• Самое интересное в этом раннем двигателе внутреннего сгорания - это рабочее тело, а именно газ. Первоначально для этого использовался воздух, позже - водород или гелий.
• Принцип, лежащий в основе этого привода, легко увидеть: газ как рабочая среда поочередно сильно нагревается и охлаждается и, таким образом, толкает два поршня вперед и назад. С физической точки зрения тепловая энергия преобразуется в механическую. энергия (поршень) переделан.
• В честь своего изобретателя этот тип привода получил название двигателя Стирлинга, также известного как двигатель горячего воздуха, в соответствии с его принципом действия.

Двигатель Стирлинга - идея только сейчас набирает обороты

• Тепло, необходимое для двигателя, генерируется снаружи и в принципе позволяет использовать любое возможное топливо.


Адиабатическое сжатие - объяснение из физики

Большинство людей все еще знакомы со сжатием, другими словами «сжиманием». Но …

• Однако двигатель Стирлинга хоть и работал надежно, но в свое время мог из-за своего низкий КПД (тогда всего 3%) не по сравнению с паровым двигателем и более поздним двигателем внутреннего сгорания проталкивать.
• Однако эта идея снова обсуждается несколько лет. Тепло, необходимое для двигателя, генерируется снаружи и в принципе позволяет использовать любое вообразимое топливо. В результате можно использовать менее экологически вредные виды топлива и альтернативные источники энергии (например, солнечное тепло). Таким образом, топливо не обязательно должно быть нефтепродуктом.
• И: его простая конструкция также делает двигатель Стирлинга интересным для развивающихся стран с небольшим количеством сырья. Таким образом, двигатель с горячим воздухом может также использоваться для приведения в движение транспортных средств со значительно улучшенным КПД (и в этом смысле он уже проходит испытания).

Так работает двигатель горячего воздуха - физический цикл

Но как работает изобретение шотландского пастора?

• Рабочее тело «воздух» в этом двигателе находится в замкнутом контуре и не расходуется.
• Принцип похож на знакомый Цикл Карно из физика, в котором (идеальное) рабочее тело периодически нагревается и охлаждается, приводя в движение поршень тепловой машины.
• В процессе Стирлинга цилиндр, в котором здесь движутся два поршня, всегда равен двум. Накопление тепла (с высокой температурой T1 и низкой температурой T2) справа и слева в Ссылка. Высокий температурный диапазон поддерживается за счет внешнего источника тепла.
• Если количество воздуха или газа в цилиндре в точке T1 создает давление из-за интенсивного нагрева, он перемещает рабочий поршень. Воздух расслабляется и остывает.
• Второй поршень, также называемый поршнем перемещения, работает с временной задержкой (точнее: сдвиг фаз на 90 °) против рабочего поршня. Как следует из названия, он служит вытеснителем, который позволяет газу попеременно течь в резервуар для хранения тепла и холода. Это обеспечивается несколькими перфорациями или пористой мембраной.
• Во время работы давление, температура и объем воздуха, заключенного между поршнями, циклически изменяются.
• Все состояния, которые предполагаются в течение цикла, можно классифицировать как точки в так называемом. Изобразите диаграмму давление-объем. Как и в случае с процессом Карно, процесс на этой диаграмме описывает замкнутую кривую, которая проходит снова и снова.
• Поршень перемещается за счет расширения воздуха только в одной секции. Только здесь происходит желаемое преобразование энергии.