Ошибка

• Автомобиль — модели, марки
• Устройство автомобиля
• Ремонт и обслуживание
• Тюнинг

• Аксессуары и оборудование
• Компоненты
• Безопасность
• Физика процесса

• Новичкам в помощь
• Приглашение
• Официоз (компании)
• Пригородные маршруты

• Персоны
• Наши люди
• ТЮВ
• Эмблемы

•  
• А
• Б
• В
• Г
• Д
• Е
• Ё
• Ж
• З
• И
• Й
• К
• Л
• М
• Н
• О
• П
• Р
• С
• Т
• У
• Ф
• Х
• Ц
• Ч
• Ш
• Щ
• Ъ
• Ы
• Ь
• Э
• Ю
• Я

Навигация

• Заглавная страница
• Сообщество
• Текущие события
• Свежие правки
• Случайная статья
• Справка

Личные инструменты

• Представиться системе

Инструменты

• Спецстраницы

Пространства имён

• Служебная страница

Просмотры

Перейти к: навигация,
поиск

Запрашиваемое название страницы неправильно, пусто, либо неправильно указано межъязыковое или интервики название. Возможно, в названии используются недопустимые символы.

Возврат к странице Заглавная страница.

Если Вы обнаружили ошибку или хотите дополнить статью, выделите ту часть текста статьи, которая нуждается в редакции, и нажмите Ctrl+Enter. Далее следуйте простой инструкции.

Ошибка

• Автомобиль — модели, марки
• Устройство автомобиля
• Ремонт и обслуживание
• Тюнинг
• Аксессуары и оборудование
• Компоненты
• Безопасность
• Физика процесса
• Новичкам в помощь
• Приглашение
• Официоз (компании)
• Пригородные маршруты
• Персоны
• Наши люди
• ТЮВ
• Эмблемы
•  
• А
• Б
• В
• Г
• Д
• Е
• Ё
• Ж
• З
• И
• Й
• К
• Л
• М
• Н
• О
• П
• Р
• С
• Т
• У
• Ф
• Х
• Ц
• Ч
• Ш
• Щ
• Ъ
• Ы
• Ь
• Э
• Ю
• Я

Навигация

• Заглавная страница
• Сообщество
• Текущие события
• Свежие правки
• Случайная статья
• Справка

Личные инструменты

• Представиться системе

Инструменты

• Спецстраницы

Пространства имён

• Служебная страница

Просмотры

Перейти к: навигация,
поиск

Запрашиваемое название страницы неправильно, пусто, либо неправильно указано межъязыковое или интервики название. Возможно, в названии используются недопустимые символы.

Возврат к странице Заглавная страница.

Если Вы обнаружили ошибку или хотите дополнить статью, выделите ту часть текста статьи, которая нуждается в редакции, и нажмите Ctrl+Enter. Далее следуйте простой инструкции.

Как работают двигатели Стирлинга?

Как работают двигатели Стирлинга? — Объясните этот материал

Вы здесь:
Домашняя страница >
Инжиниринг >
Двигатели Стирлинга

• Дом
• индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 28 мая 2021 г.

Двигатели питают наш мир с момента
Промышленная революция: сначала грязные паровые машины, работающие на угле, затем
более чистые и эффективные бензиновые двигатели, а в последнее время
реактивные двигатели в самолетах. Основная концепция двигателя — то, что
использует разницу между высокой температурой и низкой
один — не изменился за пару сотен лет, хотя
иногда люди все же придумывают небольшие улучшения, которые
сделать процесс немного быстрее или эффективнее. Один двигатель вы
возможно, много слышал о недавно двигатель Стирлинга,
что немного похоже на паровой двигатель, который не использует пар!
Вместо этого он нагревает, охлаждает и рециркулирует один и тот же воздух или газ снова и снова.
снова и снова, чтобы произвести полезную мощность, которая может управлять машиной. В команде
Благодаря солнечной энергии и другим новым технологиям двигатели Стирлинга кажутся передовыми технологиями, но на самом деле они
с 1816 года. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: Двигатели Стирлинга становятся все более популярными для использования
Возобновляемая энергия. На этом фото вы можете увидеть массив зеркал
концентрируя солнечное тепло на двигателе Стирлинга, который вырабатывает электричество.
Двигатель Стирлинга установлен на крайнем правом рычаге. Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/NREL (Министерство энергетики США/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Содержание

1. Что такое двигатель?
2. Что такое двигатель Стирлинга?
3. Каковы ключевые части двигателя Стирлинга?
4. Как работает двигатель Стирлинга?
5. Для чего можно использовать двигатели Стирлинга?
6. Преимущества и недостатки двигателей Стирлинга
7. Кто изобрел двигатели Стирлинга?
8. Узнать больше

Что такое двигатель?

Двигатели, приводящие в движение транспортные средства или заводские машины
являются примерами того, что ученые называют тепловыми двигателями. Они горят
богатое энергией топливо (уголь, бензин или что-то еще) для высвобождения
тепловая энергия, которая используется для производства
газ расширится и остынет, нажми на поршень,
крутить руль и водить машину. Двигатели бывают двух основных типов:
двигатели внешнего сгорания (например, паровые двигатели) горят
топливо в одном месте и производить энергию в другой части
та же машина; двигатели внутреннего сгорания (например, автомобильные двигатели)
сжигать топливо и производить мощность точно в одном месте (в автомобиле все происходит в сверхпрочных металлических цилиндрах). Оба
типы двигателей полагаются на тепловую энергию, заставляющую газ расширяться, а затем
остывать. Чем больше разница температур (между газом при
самое горячее и самое холодное), тем лучше работает двигатель. Теория того, как
работа двигателя основана на науке термодинамики
(буквально «как движется тепло») и на теоретической модели того, как идеальные двигатели расширяются, сжимаются, нагреваются и охлаждаются.
газ в серии шагов, называемых циклом.

Хорошие и плохие двигатели

Прежде чем мы узнаем, что же такого хорошего в
Двигатели Стирлинга, это поможет, если мы узнаем, что так плохо
Паровые двигатели. Как они работают? У вас есть угольный огонь, который нагревает
воды, пока она не закипит и не сделает пар. Пар идет по трубе
в цилиндр через открытый впускной клапан, где он толкает поршень
и водит колесо. Затем впускной клапан закрывается, а выпускной клапан
открывается. Импульс колеса заставляет поршень вернуться в
цилиндр, где он выталкивает охлажденный ненужный пар через
выйти и прочь вверх по дымовой трубе (дымоходу).

Фото: Примеры паровых двигателей, таких как в этом локомотиве
двигателей внешнего сгорания. Огонь, дающий энергию при сгорании (1), находится снаружи (вне)
цилиндр, в котором тепловая энергия превращается в механическую энергию (3). Между ними есть
котел (2), который превращает тепловую энергию в пар. Пар действует как теплоноситель, толкая
поршень (4), который приводит в движение колеса с кривошипом (5) и приводит в движение поезд (6). Паровая и тепловая энергия постоянно
выбрасывается из дымовой трубы (7), что делает этот способ приведения в действие движущейся машины особенно неэффективным и неудобным. Но это было нормально в те дни, когда угля было много и никто особо не заботился о том, чтобы навредить планете.

Много проблем с паром
двигателей, но вот четыре наиболее очевидных. Во-первых, котел
из-за чего пар работает под высоким давлением и существует риск
что он может взорваться (взрывы котлов
были серьезной проблемой с очень ранними паровыми
двигатели). Во-вторых, котел вообще какой-то
расстоянии от цилиндра, поэтому энергия теряется, получая тепло от
один к другому. В-третьих, пар, выходящий из дымовой трубы, еще достаточно горячий,
поэтому он содержит потраченную впустую энергию. В-четвертых, поскольку пар выбрасывается из
цилиндр каждый раз, когда поршень толкает, двигатель должен потреблять огромные
количества воды, а также топлива. (Вот почему паровозы имеют
продолжать останавливаться у цистерн с водой на обочине пути.)

Рекламные ссылки

Что такое двигатель Стирлинга?

Можем ли мы разработать двигатель, преодолевающий эти
проблемы? Предположим, мы избавились от котла (что решило бы
опасность взрыва) и использовать тепло от огня для питания
двигатель напрямую. Тогда вместо использования пара для перемещения тепловой энергии
от огня к цилиндру, почему бы не поставить цилиндр ближе к
огонь и использовать обычный воздух (или какой-либо другой простой газ) для перемещения тепла
энергия между ними? (Вот почему двигатели Стирлинга иногда
позвонил двигатели горячего воздуха .) Если мы запечатаем этот воздух в закрытой трубе, то
один и тот же воздух движется вперед и назад снова и снова, собирая энергию
от огня и выпуская его в цилиндр, решаем проблему
двигателя, нуждающегося в постоянной подаче воды. Наконец, почему бы и нет
добавить какой-нибудь теплообменник, чтобы горячий воздух проходил обратно
и далее, его энергия сохраняется внутри машины и перерабатывается в
повысить общую эффективность. Это основные способы, которыми
Двигатель Стирлинга совершенствует паровой двигатель. Вы будете иногда видеть
Двигатели Стирлинга, описываемые как «замкнутый цикл с рекуперацией тепла».
двигатели», что является очень кратким способом выразить то, что мы только что сказали:
замкнутый цикл означает, что они используют герметичный объем газа для возврата тепла
и вперед, снова и снова, через серию бесконечно повторяющихся шагов; регенеративный просто означает, что они
использовать теплообменники для сохранения части тепла, которое в противном случае
теряться при каждом цикле (бесполезно взорваться в дымовую трубу, как в паровой машине).

Простой или сложный?

Некоторые люди говорят, что двигатели Стирлинга просты. Если это правда, то это так же верно, как и
великие уравнения физики (например, E = mc2) просты: они просты на поверхности,
но богаче, сложнее и потенциально очень запутанно, пока вы действительно не разберетесь с ними.
Я думаю, что безопаснее думать о двигателях Стирлинга как о сложных: много очень плохих видео на YouTube.
показать, как легко их «объяснить» очень неполным и неудовлетворительным образом. На мой взгляд, вы не можете понять двигатель Стирлинга, просто построив его или наблюдая за его работой снаружи: вам нужно хорошо подумать о цикле шагов, который он проходит, что происходит с газом внутри и чем он отличается. от того, что происходит в обычной паровой машине.

В любом случае, давайте посмотрим, сможем ли мы правильно объяснить двигатель Стирлинга, сначала рассмотрев содержащиеся в нем детали, затем подумав, что они делают, и, наконец, взглянув на более сложную (термодинамическую) теорию.

Фото: Небольшой, компактный двигатель Стирлинга, подобный этому, может работать от крошечного
разницы в тепле — даже когда человек отдыхает на чьих-то руках и убегает от содержащегося в них тепла. Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Каковы ключевые части двигателя Стирлинга?

Существует довольно много различных конструкций двигателей Стирлинга, и мы рассмотрим один конкретный тип, известный как
вытесняющий (или рабочий объем) двигатель Стирлинга (также известный как бета-двигатель Стирлинга). Вот основные части:

Источник тепла

Источник тепла — это место, откуда двигатель получает всю свою энергию, и это может быть что угодно, например, уголь.
огонь солнечному зеркалу, концентрирующему тепло Солнца (как на нашем верхнем фото). Хотя двигатели Стирлинга называются двигателями внешнего сгорания, они не
должны вообще использовать горение (фактическое сжигание топлива): они
просто нужна разница температур между источником тепла
(откуда поступает энергия) и радиатор (куда она попадает).

Вы можете управлять маленьким двигателем Стирлинга теплом от чашки кофе,
теплую чью-то ладонь или даже (к полному изумлению многих) кубик льда: энергия, вырабатываемая двигателем, исходит от любой разницы температур между источником тепла и источником тепла.
раковина. Сказав это, стоит помнить, что с крошечным двигателем Стирлинга, работающим на
что-то вроде чашки кофе, просто потому, что она содержит относительно небольшое количество энергии, которая очень быстро расходуется.

Работа: Основные части вытеснительного двигателя Стирлинга.

Газ

Объем газа постоянно запечатан внутри машины в закрытом цилиндре. Это может быть обычный воздух,
водород, гелий или другое легкодоступное вещество,
остается газом, поскольку он нагревается и охлаждается в течение полного цикла двигателя (повторяющаяся серия
операций, через которые он проходит). Его единственное назначение — перемещение тепловой энергии
от источника тепла к радиатору, приводя в действие поршень, приводящий в движение машину, а затем снова вернуться к
набери еще. Газ, перемещающий тепло, иногда называют рабочим телом.

Радиатор

Место, где горячий газ охлаждается перед возвратом в источник тепла. Обычно это
какой-то радиатор (кусок металла с прикрепленными ребрами), который
выбрасывает отработанное тепло в атмосферу.

Поршни

Существуют различные типы двигателей Стирлинга, но я считаю, что все они имеют два поршня — это один
из более очевидных вещей, которые отличают их от других двигателей. В общей конструкции, называемой
двухпоршневой (или альфа) двигатель Стирлинга, там два одинаковых поршня и цилиндра и газовые челноки сзади
и далее между ними, нагреваясь и расширяясь, затем охлаждаясь и сжимаясь, прежде чем цикл повторяется.

В другой конструкции, показанной здесь, называемой литражным (или бета-) двигателем Стирлинга, есть один полностью внутренний поршень, называемый вытеснителем (окрашен зеленым), задачей которого является перемещение газа между источником тепла и радиатором.
В отличие от обычного поршня в паровой машине, вытеснитель подходит очень свободно (с небольшим свободным пространством между поршнем).
край поршня и стенка цилиндра), и газ обтекает его снаружи, когда он движется вперед и назад. Также имеется рабочий поршень (окрашен в темно-синий цвет), который плотно входит в цилиндр и превращает расширение газа в полезную работу, приводящую в движение
независимо от того, работает ли двигатель. В более крупных двигателях Стирлинга рабочий поршень обычно имеет тяжелое
маховик прикреплен к сборке
импульс и обеспечить бесперебойную работу машины. Рабочий поршень и поршень вытеснителя постоянно движутся,
но они не в ногу (одна четверть цикла или 90° не в фазе) друг с другом; они приводятся в действие одним и тем же колесом, но поршень вытеснителя всегда находится на одну четверть цикла (90°) 90 109 впереди 90 110 рабочего поршня.

Теплообменник

Теплообменник, также известный как регенератор, находится в закрытой камере между источником тепла и радиатором. Когда горячий газ проходит мимо регенератора, он отдает часть своего тепла.
на котором держится регенератор. Когда газ движется назад, он снова забирает это тепло. Без регенератора это тепло было бы потеряно.
в атмосферу и впустую. Теплообменник значительно повышает эффективность и мощность двигателя. Некоторые двигатели Стирлинга
иметь несколько теплообменников.

Как работает двигатель Стирлинга?

Вкратце

Подобно паровому двигателю или автомобильному двигателю внутреннего сгорания, двигатель Стирлинга
двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (работу), повторяя
ряд основных операций, известный как его цикл. Рассмотрим упрощенный двигатель Стирлинга вытеснительного типа.
На самом деле это довольно запутанно и трудно понять, пока вы не поймете, что происходит вот что.
газ внутри попеременно расширяется и сжимается, а в промежутках движется от горячей стороны цилиндра к холодной и обратно. Работа темно-синего рабочего поршня состоит в том, чтобы использовать энергию расширения газа для привода машины, которую приводит в действие двигатель, а затем сжимать газ, чтобы цикл мог повториться. Работа зеленого поршня вытеснителя заключается в перемещении газа с горячей стороны цилиндра (слева) на холодную сторону (справа) и обратно. Работая вместе, два поршня обеспечивают многократное перемещение тепловой энергии от источника к приемнику и ее преобразование в полезную механическую работу.

Подробно

1. Охлаждение и сжатие: Большая часть газа (показана синими квадратами) находится справа на более холодном конце цилиндра. По мере того как он охлаждается и сжимается, отдавая часть своего тепла, которое отводится радиатором, оба поршня движутся внутрь (к центру).
2. Перенос и регенерация: поршень вытеснителя перемещается вправо, а охлажденный газ движется вокруг него в более горячую часть цилиндра слева. Объем газа остается постоянным, поскольку он проходит обратно через регенератор (теплообменник), чтобы забрать часть тепла, которое он ранее выделил.
3. Нагрев и расширение: большая часть газа (показана красными квадратами) теперь находится слева в горячем конце цилиндра. Он нагревается от огня (или другого источника тепла), поэтому его давление повышается, и он расширяется, поглощая энергию. Когда газ расширяется, он толкает рабочий поршень вправо, который приводит в движение маховик и все, что приводит в действие двигатель. В этой части цикла двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (и совершает работу).
4. Перенос и охлаждение: поршень вытеснителя перемещается влево, а горячий газ движется вокруг него в более холодную часть цилиндра справа. Объем газа остается постоянным при прохождении через регенератор (теплообменник), отдавая по пути часть своей энергии. Теперь цикл завершен и готов повториться.

Хотя двигатель проходит цикл, возвращаясь к тому, с чего начал, это несимметричный процесс: энергия постоянно удаляется от источника и накапливается в приемнике. Это происходит потому, что горячий газ совершает определенное
количество работы поршня при его расширении, но поршень совершает меньшую работу по сжатию охлажденного газа и возвращению его в исходное положение.

Теоретически

Теперь вы можете подумать: «Это все очень сложно! Зачем возиться с двумя поршнями, когда простой паровой двигатель может обойтись только одним? Зачем все эти отдельные ступени? Почему бы не сделать все это проще?» Чтобы правильно ответить на эти вопросы, вам нужно понять теорию двигателей: эффективный двигатель перемещает газ через цикл процессов в соответствии с газовыми законами (основными законами классической физики, которые описывают, как давление, объем и температура газа относятся к).
Самый известный идеализированный цикл называется циклом Карно и включает в себя повторение цикла изотермического (постоянная температура) и адиабатического (с сохранением тепла) расширения, за которым следует изотермическое и адиабатическое сжатие.

Двигатель Стирлинга использует другой цикл, который (в идеале) состоит из:

1. Изотермическое (постоянная температура) сжатие: наша стадия (1) выше, где объем газа уменьшается, а давление увеличивается по мере того, как он сжимается. тепло в раковину.
2. Изоволюметрический (постоянный объем) нагрев: наша стадия (2) выше, на которой объем газа остается постоянным, когда он проходит обратно через регенератор и восстанавливает часть своего прежнего тепла.
3. Изотермическое (постоянная температура) расширение: наша стадия (3) выше, на которой газ поглощает энергию источника, его объем увеличивается, а давление уменьшается, а температура остается постоянной.
4. Изоволюметрическое (постоянного объема) охлаждение: вышеприведенная стадия (4), на которой объем газа остается постоянным при его прохождении через регенератор и охлаждении.

Реальный двигатель Стирлинга работает по более сложной, менее идеальной версии этого цикла, которая выходит за рамки этой статьи. Достаточно просто отметить, что четыре этапа не разделены жестко, а сливаются друг с другом. Если вам интересно, об этом гораздо больше написано в статье Википедии о цикле Стирлинга.

Некоторые альтернативные анимации

• В Википедии есть еще одна анимация бета-версии двигателя Стирлинга
  (хоть и красиво нарисовано, за этим трудно уследить, потому что отдельные
  этапы не объясняются рядом).
• MIT также имеет приятную небольшую анимацию, но
  сопровождающее объяснение довольно минимально.
• Лучший из всех: отличная анимация и объяснение на
  Animated Engines, превосходный веб-сайт со множеством четких и понятных страниц о всевозможных других движках, которые стоит изучить. Мне нравится, что все двигатели нарисованы в одном и том же простом стиле, поэтому их легко сравнить.

Для чего можно использовать двигатели Стирлинга?

Фото: Хотя инженеры пытались оснастить автомобили двигателями Стирлинга,
эксперименты были не такими успешными. Двигателю Стирлинга требуется время, чтобы набрать скорость.
не справляется с остановкой и запуском, что делает его менее подходящим для питания автомобиля
чем обычный двигатель внутреннего сгорания. Мы вряд ли увидим дальнейший прогресс на этом фронте: будущие автомобили, скорее всего, будут оснащены электродвигателями или топливными элементами. Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Двигатели Стирлинга лучше всего работают в машинах, которым требуется
непрерывно производить энергию, используя разницу между чем-либо
горячее и что-то холодное. Они идеально подходят для солнечных электростанций, где
солнечное тепло играет на зеркале, которое действует как источник тепла, и
высокоэффективные комбинированные теплоэлектростанции (ТЭЦ), которые должны производить стабильные поставки электроэнергии.
Недавно пионер Segway Дин Камен помог возродить интерес к двигателям Стирлинга.
используя их в качестве основы для компактного, домашнего электроснабжения
генератор под названием Beacon 10,
размером примерно с бытовую стиральную машину.

В обычном двигателе Стирлинга вы нагреваете до
горячий конец машины (источник тепла) и получить механическую работу
и меньше тепла от другого, более холодного конца (радиатора). Как только
электродвигатели можно использовать в качестве генераторов в обратном направлении, так что можно поставить
энергию в двигатель Стирлинга и запустить его в обратном направлении, эффективно
отвод тепла от радиатора и выброс его в
источник. Это превращает двигатель Стирлинга в «криоохладитель».
эффективное охлаждающее устройство. Охладители двигателя Стирлинга используются в
сверхпроводимость и
электронные исследования.

Преимущества и недостатки двигателей Стирлинга

Фото: Чистый, экологичный, безопасный, эффективный и компактный — двигателей Стирлинга много
преимущества. Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/NREL (Министерство энергетики США/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Самым большим преимуществом двигателей Стирлинга является то, что они намного эффективнее паровых двигателей (в основном из-за
замкнутый цикл и регенеративный теплообменник). У них нет
котлы, которые могут взорваться, не нуждаются в снабжении водой и не
имеют сложную систему открывания и закрывания клапанов,
двигатели требуют. Это одна из причин, почему они намного тише паровых двигателей, и потому что
они не обязательно включают сжигание топлива, могут быть намного чище. В отличие от паровых двигателей,
которые обычно сжигают уголь для кипячения воды, двигатели Стирлинга могут работать от всех видов
разное топливо.

С другой стороны, двигатели Стирлинга не запускаются мгновенно (это
требуется время, чтобы важнейший теплообменник прогрелся, а маховик
разгоняются) и они не так хорошо работают в режиме стоп-старт (в отличие от двигателей внутреннего сгорания
двигатели). Им также нужны большие радиаторы, способные отводить отработанное тепло.
что делает их непригодными для некоторых приложений.

Кто изобрел двигатели Стирлинга?

Иллюстрация: это иллюстрация оригинального двигателя Роберта Стирлинга (на основе его патента 1827 года).
напоминает обычный паровой двигатель, но он более сложный. Два больших
чугунные «воздушные сосуды» слева горячие внизу и холодные вверху
(источник тепла и радиатор), и поршни вытеснителя перемещаются внутри них вперед и назад.
Сзади можно увидеть рабочий поршень и маховик.
Работа из книги «История и прогресс парового двигателя» Галлоуэя и Хеберта. Томас Келли, 1832 г., стр. 667.

Неудивительно, что Стерлинг
двигатели были изобретены шотландским священником по имени Роберт
Стирлингом в 1816 году. Он надеялся создать двигатель, который был бы более безопасным и
эффективнее паровых двигателей, разработанных
около века назад Томасом Ньюкоменом (и позже улучшенным
Джеймс Уотт и др.). Появление двигателей внутреннего сгорания (бензиновых и дизельных двигателей)
Двигатели Стирлинга отошли на второй план, хотя они были заново открыты
Компания Philips в середине 20 века. Совсем недавно они
становятся популярными в солнечных электростанциях и других формах возобновляемых источников энергии.
энергии, где ценится их более высокая эффективность. Технология
получил еще один импульс в 1980-е, когда Иво Колин
из Загребского университета и Джеймс Сенфт из Висконсинского университета разработали новую,
очень компактная конструкция двигателя Стирлинга, который может производить мощность с небольшими различиями между
источник тепла и поглотитель.

Подробнее

На этом сайте

• Дизельные двигатели
• Энергия
• Двигатели
• Бензиновые двигатели
• Тепло
• Реактивные двигатели
• Паровые машины

Статьи

Новости

• Металлический порошок: новое безуглеродное топливо? Александр Хеллеманс, IEEE Spectrum, 16 декабря 2015 г. Как двигатели Стирлинга (приводимые в действие металлическими
  топливо) может сыграть свою роль в чистом, зеленом будущем.
• Дин Кеймен думает, что его новый двигатель Стирлинга избавит вас от сети менее чем за 10 тысяч долларов, Кристофер Хелман. Forbes, 2 июля 2014 г. Краткое введение в генератор Камена Beacon 10.
• Новый ядерный двигатель может использоваться для исследования дальнего космоса Адама Манна. Wired, 27 ноября 2012 г. НАСА исследует ядерный двигатель Стирлинга, который может питать космические зонды в местах, где солнечный свет (и солнечная энергия) недоступен.
• Ford Motors испытывает потенциальный двигатель будущего, Ричард Уиткин. The New York Times, 3 ноября 1975 г. Отчет из архива Times о первых испытаниях Форда двигателей Стирлинга.
• Империя вне сети автора Салли Ади. IEEE Spectrum, 31 июля 2009 г. Как двигатели Стирлинга и возобновляемые технологии помогают Дину Кеймену жить в автономном режиме на собственном частном острове.

Более академический

• Двигатель Стирлинга Грэма Уокера, Scientific American, Vol. 229, № 2 (август 1973 г.), стр. 80–87. Хорошие иллюстрации различных конфигураций Стирлинга, включая Ванкеля, Ринии и другие варианты.
• Двигатель Стирлинга: «Циклическая жизнь» старой технологии Райнхольда Бауэра, Icon, Vol. 15 (2009), стр. 108–118. Почему двигатели Стирлинга так и не стали коммерчески популярными? Теперь перспективы для них лучше?

Книги

Двигатели Стирлинга

• Механический КПД тепловых двигателей Джеймс Р. Сенфт. Cambridge University Press, 2007. Подробное термодинамическое исследование тепловых двигателей, включая двигатели Стирлинга.
• Двигатели Стирлинга и горячего воздуха: проектирование и создание экспериментальных моделей двигателей Стирлинга Роя Дарлингтона и Кейта Стронга. The Crowood Press, 2005. Практическое руководство по двигателям Стирлинга для модельеров.
• Введение в двигатели Стирлинга Джеймса Р. Сенфта. Moriya Press, 1993. Краткое объяснение теории одного из пионеров современных двигателей.
• История и развитие парового двигателя Галлоуэя и Хеберта. Томас Келли, 1832 г., стр. 667 и далее. Подробное описание «Патентного воздушного двигателя», основанное на оригинальном патенте Роберта Стирлинга и (очень приблизительно) современное ему.

Термодинамика двигателей

• Двигатели: введение Джона Лиска Ламли.
  Издательство Кембриджского университета, 1999. Хотя это касается двигателей внутреннего сгорания, это будет интересно, если вы ищете термодинамический подход к анализу двигателей.
• Термодинамика для чайников, Майк Паукен. Джон Уайли и сыновья. Простое введение в теорию термодинамики и ее практическое применение к таким вещам, как двигатели.

Видео

• Пример двигателя Стирлинга: двухминутная демонстрация настоящей бета-версии двигателя Стирлинга, подобной той, что показана в моей анимации выше.
• Двигатель Стирлинга: разборка: Дэн Рохас разбирает двигатель Стирлинга и показывает вам, что внутри. Это видео станет еще более понятным, если вы поймете теорию двигателей Стирлинга.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2012) Двигатели Стирлинга. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-stirling-engines-work.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Бибтекс

@misc{woodford_stirling_engines,
автор = «Вудфорд, Крис»,
title = «Двигатели Стирлинга»,
publisher = «Объясните это»,
год = «2012»,
url = «https://www. explainthatstuff.com/how-stirling-engines-work.html»,
URL-адрес = «2021-05-28»
}

Подробнее на нашем веб-сайте…

• Связь
• Компьютеры
• Электричество и электроника
• Энергия
• Машиностроение
• Окружающая среда
• Гаджеты
• Домашняя жизнь
• Материалы
• Наука
• Инструменты и инструменты
• Транспорт

↑ Вернуться к началу

Как работают двигатели Стирлинга?

Как работают двигатели Стирлинга? — Объясните этот материал

Вы здесь:
Домашняя страница >
Инжиниринг >
Двигатели Стирлинга

• Дом
• индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 28 мая 2021 г.

Двигатели питают наш мир с момента
Промышленная революция: сначала грязные паровые машины, работающие на угле, затем
более чистые и эффективные бензиновые двигатели, а в последнее время
реактивные двигатели в самолетах. Основная концепция двигателя — то, что
использует разницу между высокой температурой и низкой
один — не изменился за пару сотен лет, хотя
иногда люди все же придумывают небольшие улучшения, которые
сделать процесс немного быстрее или эффективнее. Один двигатель вы
возможно, много слышал о недавно двигатель Стирлинга,
что немного похоже на паровой двигатель, который не использует пар!
Вместо этого он нагревает, охлаждает и рециркулирует один и тот же воздух или газ снова и снова.
снова и снова, чтобы произвести полезную мощность, которая может управлять машиной. В команде
Благодаря солнечной энергии и другим новым технологиям двигатели Стирлинга кажутся передовыми технологиями, но на самом деле они
с 1816 года. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: Двигатели Стирлинга становятся все более популярными для использования
Возобновляемая энергия. На этом фото вы можете увидеть массив зеркал
концентрируя солнечное тепло на двигателе Стирлинга, который вырабатывает электричество.
Двигатель Стирлинга установлен на крайнем правом рычаге. Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/NREL (Министерство энергетики США/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Содержание

1. Что такое двигатель?
2. Что такое двигатель Стирлинга?
3. Каковы ключевые части двигателя Стирлинга?
4. Как работает двигатель Стирлинга?
5. Для чего можно использовать двигатели Стирлинга?
6. Преимущества и недостатки двигателей Стирлинга
7. Кто изобрел двигатели Стирлинга?
8. Узнать больше

Что такое двигатель?

Двигатели, приводящие в движение транспортные средства или заводские машины
являются примерами того, что ученые называют тепловыми двигателями. Они горят
богатое энергией топливо (уголь, бензин или что-то еще) для высвобождения
тепловая энергия, которая используется для производства
газ расширится и остынет, нажми на поршень,
крутить руль и водить машину. Двигатели бывают двух основных типов:
двигатели внешнего сгорания (например, паровые двигатели) горят
топливо в одном месте и производить энергию в другой части
та же машина; двигатели внутреннего сгорания (например, автомобильные двигатели)
сжигать топливо и производить мощность точно в одном месте (в автомобиле все происходит в сверхпрочных металлических цилиндрах). Оба
типы двигателей полагаются на тепловую энергию, заставляющую газ расширяться, а затем
остывать. Чем больше разница температур (между газом при
самое горячее и самое холодное), тем лучше работает двигатель. Теория того, как
работа двигателя основана на науке термодинамики
(буквально «как движется тепло») и на теоретической модели того, как идеальные двигатели расширяются, сжимаются, нагреваются и охлаждаются.
газ в серии шагов, называемых циклом.

Хорошие и плохие двигатели

Прежде чем мы узнаем, что же такого хорошего в
Двигатели Стирлинга, это поможет, если мы узнаем, что так плохо
Паровые двигатели. Как они работают? У вас есть угольный огонь, который нагревает
воды, пока она не закипит и не сделает пар. Пар идет по трубе
в цилиндр через открытый впускной клапан, где он толкает поршень
и водит колесо. Затем впускной клапан закрывается, а выпускной клапан
открывается. Импульс колеса заставляет поршень вернуться в
цилиндр, где он выталкивает охлажденный ненужный пар через
выйти и прочь вверх по дымовой трубе (дымоходу).

Фото: Примеры паровых двигателей, таких как в этом локомотиве
двигателей внешнего сгорания. Огонь, дающий энергию при сгорании (1), находится снаружи (вне)
цилиндр, в котором тепловая энергия превращается в механическую энергию (3). Между ними есть
котел (2), который превращает тепловую энергию в пар. Пар действует как теплоноситель, толкая
поршень (4), который приводит в движение колеса с кривошипом (5) и приводит в движение поезд (6). Паровая и тепловая энергия постоянно
выбрасывается из дымовой трубы (7), что делает этот способ приведения в действие движущейся машины особенно неэффективным и неудобным. Но это было нормально в те дни, когда угля было много и никто особо не заботился о том, чтобы навредить планете.

Много проблем с паром
двигателей, но вот четыре наиболее очевидных. Во-первых, котел
из-за чего пар работает под высоким давлением и существует риск
что он может взорваться (взрывы котлов
были серьезной проблемой с очень ранними паровыми
двигатели). Во-вторых, котел вообще какой-то
расстоянии от цилиндра, поэтому энергия теряется, получая тепло от
один к другому. В-третьих, пар, выходящий из дымовой трубы, еще достаточно горячий,
поэтому он содержит потраченную впустую энергию. В-четвертых, поскольку пар выбрасывается из
цилиндр каждый раз, когда поршень толкает, двигатель должен потреблять огромные
количества воды, а также топлива. (Вот почему паровозы имеют
продолжать останавливаться у цистерн с водой на обочине пути. )

Рекламные ссылки

Что такое двигатель Стирлинга?

Можем ли мы разработать двигатель, преодолевающий эти
проблемы? Предположим, мы избавились от котла (что решило бы
опасность взрыва) и использовать тепло от огня для питания
двигатель напрямую. Тогда вместо использования пара для перемещения тепловой энергии
от огня к цилиндру, почему бы не поставить цилиндр ближе к
огонь и использовать обычный воздух (или какой-либо другой простой газ) для перемещения тепла
энергия между ними? (Вот почему двигатели Стирлинга иногда
позвонил двигатели горячего воздуха .) Если мы запечатаем этот воздух в закрытой трубе, то
один и тот же воздух движется вперед и назад снова и снова, собирая энергию
от огня и выпуская его в цилиндр, решаем проблему
двигателя, нуждающегося в постоянной подаче воды. Наконец, почему бы и нет
добавить какой-нибудь теплообменник, чтобы горячий воздух проходил обратно
и далее, его энергия сохраняется внутри машины и перерабатывается в
повысить общую эффективность. Это основные способы, которыми
Двигатель Стирлинга совершенствует паровой двигатель. Вы будете иногда видеть
Двигатели Стирлинга, описываемые как «замкнутый цикл с рекуперацией тепла».
двигатели», что является очень кратким способом выразить то, что мы только что сказали:
замкнутый цикл означает, что они используют герметичный объем газа для возврата тепла
и вперед, снова и снова, через серию бесконечно повторяющихся шагов; регенеративный просто означает, что они
использовать теплообменники для сохранения части тепла, которое в противном случае
теряться при каждом цикле (бесполезно взорваться в дымовую трубу, как в паровой машине).

Простой или сложный?

Некоторые люди говорят, что двигатели Стирлинга просты. Если это правда, то это так же верно, как и
великие уравнения физики (например, E = mc2) просты: они просты на поверхности,
но богаче, сложнее и потенциально очень запутанно, пока вы действительно не разберетесь с ними.
Я думаю, что безопаснее думать о двигателях Стирлинга как о сложных: много очень плохих видео на YouTube.
показать, как легко их «объяснить» очень неполным и неудовлетворительным образом. На мой взгляд, вы не можете понять двигатель Стирлинга, просто построив его или наблюдая за его работой снаружи: вам нужно хорошо подумать о цикле шагов, который он проходит, что происходит с газом внутри и чем он отличается. от того, что происходит в обычной паровой машине.

В любом случае, давайте посмотрим, сможем ли мы правильно объяснить двигатель Стирлинга, сначала рассмотрев содержащиеся в нем детали, затем подумав, что они делают, и, наконец, взглянув на более сложную (термодинамическую) теорию.

Фото: Небольшой, компактный двигатель Стирлинга, подобный этому, может работать от крошечного
разницы в тепле — даже когда человек отдыхает на чьих-то руках и убегает от содержащегося в них тепла. Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Каковы ключевые части двигателя Стирлинга?

Существует довольно много различных конструкций двигателей Стирлинга, и мы рассмотрим один конкретный тип, известный как
вытесняющий (или рабочий объем) двигатель Стирлинга (также известный как бета-двигатель Стирлинга). Вот основные части:

Источник тепла

Источник тепла — это место, откуда двигатель получает всю свою энергию, и это может быть что угодно, например, уголь.
огонь солнечному зеркалу, концентрирующему тепло Солнца (как на нашем верхнем фото). Хотя двигатели Стирлинга называются двигателями внешнего сгорания, они не
должны вообще использовать горение (фактическое сжигание топлива): они
просто нужна разница температур между источником тепла
(откуда поступает энергия) и радиатор (куда она попадает).

Вы можете управлять маленьким двигателем Стирлинга теплом от чашки кофе,
теплую чью-то ладонь или даже (к полному изумлению многих) кубик льда: энергия, вырабатываемая двигателем, исходит от любой разницы температур между источником тепла и источником тепла.
раковина. Сказав это, стоит помнить, что с крошечным двигателем Стирлинга, работающим на
что-то вроде чашки кофе, просто потому, что она содержит относительно небольшое количество энергии, которая очень быстро расходуется.

Работа: Основные части вытеснительного двигателя Стирлинга.

Газ

Объем газа постоянно запечатан внутри машины в закрытом цилиндре. Это может быть обычный воздух,
водород, гелий или другое легкодоступное вещество,
остается газом, поскольку он нагревается и охлаждается в течение полного цикла двигателя (повторяющаяся серия
операций, через которые он проходит). Его единственное назначение — перемещение тепловой энергии
от источника тепла к радиатору, приводя в действие поршень, приводящий в движение машину, а затем снова вернуться к
набери еще. Газ, перемещающий тепло, иногда называют рабочим телом.

Радиатор

Место, где горячий газ охлаждается перед возвратом в источник тепла. Обычно это
какой-то радиатор (кусок металла с прикрепленными ребрами), который
выбрасывает отработанное тепло в атмосферу.

Поршни

Существуют различные типы двигателей Стирлинга, но я считаю, что все они имеют два поршня — это один
из более очевидных вещей, которые отличают их от других двигателей. В общей конструкции, называемой
двухпоршневой (или альфа) двигатель Стирлинга, там два одинаковых поршня и цилиндра и газовые челноки сзади
и далее между ними, нагреваясь и расширяясь, затем охлаждаясь и сжимаясь, прежде чем цикл повторяется.

В другой конструкции, показанной здесь, называемой литражным (или бета-) двигателем Стирлинга, есть один полностью внутренний поршень, называемый вытеснителем (окрашен зеленым), задачей которого является перемещение газа между источником тепла и радиатором.
В отличие от обычного поршня в паровой машине, вытеснитель подходит очень свободно (с небольшим свободным пространством между поршнем).
край поршня и стенка цилиндра), и газ обтекает его снаружи, когда он движется вперед и назад. Также имеется рабочий поршень (окрашен в темно-синий цвет), который плотно входит в цилиндр и превращает расширение газа в полезную работу, приводящую в движение
независимо от того, работает ли двигатель. В более крупных двигателях Стирлинга рабочий поршень обычно имеет тяжелое
маховик прикреплен к сборке
импульс и обеспечить бесперебойную работу машины. Рабочий поршень и поршень вытеснителя постоянно движутся,
но они не в ногу (одна четверть цикла или 90° не в фазе) друг с другом; они приводятся в действие одним и тем же колесом, но поршень вытеснителя всегда находится на одну четверть цикла (90°) 90 109 впереди 90 110 рабочего поршня.

Теплообменник

Теплообменник, также известный как регенератор, находится в закрытой камере между источником тепла и радиатором. Когда горячий газ проходит мимо регенератора, он отдает часть своего тепла.
на котором держится регенератор. Когда газ движется назад, он снова забирает это тепло. Без регенератора это тепло было бы потеряно.
в атмосферу и впустую. Теплообменник значительно повышает эффективность и мощность двигателя. Некоторые двигатели Стирлинга
иметь несколько теплообменников.

Как работает двигатель Стирлинга?

Вкратце

Подобно паровому двигателю или автомобильному двигателю внутреннего сгорания, двигатель Стирлинга
двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (работу), повторяя
ряд основных операций, известный как его цикл. Рассмотрим упрощенный двигатель Стирлинга вытеснительного типа.
На самом деле это довольно запутанно и трудно понять, пока вы не поймете, что происходит вот что.
газ внутри попеременно расширяется и сжимается, а в промежутках движется от горячей стороны цилиндра к холодной и обратно. Работа темно-синего рабочего поршня состоит в том, чтобы использовать энергию расширения газа для привода машины, которую приводит в действие двигатель, а затем сжимать газ, чтобы цикл мог повториться. Работа зеленого поршня вытеснителя заключается в перемещении газа с горячей стороны цилиндра (слева) на холодную сторону (справа) и обратно. Работая вместе, два поршня обеспечивают многократное перемещение тепловой энергии от источника к приемнику и ее преобразование в полезную механическую работу.

Подробно

1. Охлаждение и сжатие: Большая часть газа (показана синими квадратами) находится справа на более холодном конце цилиндра. По мере того как он охлаждается и сжимается, отдавая часть своего тепла, которое отводится радиатором, оба поршня движутся внутрь (к центру).
2. Перенос и регенерация: поршень вытеснителя перемещается вправо, а охлажденный газ движется вокруг него в более горячую часть цилиндра слева. Объем газа остается постоянным, поскольку он проходит обратно через регенератор (теплообменник), чтобы забрать часть тепла, которое он ранее выделил.
3. Нагрев и расширение: большая часть газа (показана красными квадратами) теперь находится слева в горячем конце цилиндра. Он нагревается от огня (или другого источника тепла), поэтому его давление повышается, и он расширяется, поглощая энергию. Когда газ расширяется, он толкает рабочий поршень вправо, который приводит в движение маховик и все, что приводит в действие двигатель. В этой части цикла двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (и совершает работу).
4. Перенос и охлаждение: поршень вытеснителя перемещается влево, а горячий газ движется вокруг него в более холодную часть цилиндра справа. Объем газа остается постоянным при прохождении через регенератор (теплообменник), отдавая по пути часть своей энергии. Теперь цикл завершен и готов повториться.

Хотя двигатель проходит цикл, возвращаясь к тому, с чего начал, это несимметричный процесс: энергия постоянно удаляется от источника и накапливается в приемнике. Это происходит потому, что горячий газ совершает определенное
количество работы поршня при его расширении, но поршень совершает меньшую работу по сжатию охлажденного газа и возвращению его в исходное положение.

Теоретически

Теперь вы можете подумать: «Это все очень сложно! Зачем возиться с двумя поршнями, когда простой паровой двигатель может обойтись только одним? Зачем все эти отдельные ступени? Почему бы не сделать все это проще?» Чтобы правильно ответить на эти вопросы, вам нужно понять теорию двигателей: эффективный двигатель перемещает газ через цикл процессов в соответствии с газовыми законами (основными законами классической физики, которые описывают, как давление, объем и температура газа относятся к).
Самый известный идеализированный цикл называется циклом Карно и включает в себя повторение цикла изотермического (постоянная температура) и адиабатического (с сохранением тепла) расширения, за которым следует изотермическое и адиабатическое сжатие.

Двигатель Стирлинга использует другой цикл, который (в идеале) состоит из:

1. Изотермическое (постоянная температура) сжатие: наша стадия (1) выше, где объем газа уменьшается, а давление увеличивается по мере того, как он сжимается. тепло в раковину.
2. Изоволюметрический (постоянный объем) нагрев: наша стадия (2) выше, на которой объем газа остается постоянным, когда он проходит обратно через регенератор и восстанавливает часть своего прежнего тепла.
3. Изотермическое (постоянная температура) расширение: наша стадия (3) выше, на которой газ поглощает энергию источника, его объем увеличивается, а давление уменьшается, а температура остается постоянной.
4. Изоволюметрическое (постоянного объема) охлаждение: вышеприведенная стадия (4), на которой объем газа остается постоянным при его прохождении через регенератор и охлаждении.

Реальный двигатель Стирлинга работает по более сложной, менее идеальной версии этого цикла, которая выходит за рамки этой статьи. Достаточно просто отметить, что четыре этапа не разделены жестко, а сливаются друг с другом. Если вам интересно, об этом гораздо больше написано в статье Википедии о цикле Стирлинга.

Некоторые альтернативные анимации

• В Википедии есть еще одна анимация бета-версии двигателя Стирлинга
  (хоть и красиво нарисовано, за этим трудно уследить, потому что отдельные
  этапы не объясняются рядом).
• MIT также имеет приятную небольшую анимацию, но
  сопровождающее объяснение довольно минимально.
• Лучший из всех: отличная анимация и объяснение на
  Animated Engines, превосходный веб-сайт со множеством четких и понятных страниц о всевозможных других движках, которые стоит изучить. Мне нравится, что все двигатели нарисованы в одном и том же простом стиле, поэтому их легко сравнить.

Для чего можно использовать двигатели Стирлинга?

Фото: Хотя инженеры пытались оснастить автомобили двигателями Стирлинга,
эксперименты были не такими успешными. Двигателю Стирлинга требуется время, чтобы набрать скорость.
не справляется с остановкой и запуском, что делает его менее подходящим для питания автомобиля
чем обычный двигатель внутреннего сгорания. Мы вряд ли увидим дальнейший прогресс на этом фронте: будущие автомобили, скорее всего, будут оснащены электродвигателями или топливными элементами. Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Двигатели Стирлинга лучше всего работают в машинах, которым требуется
непрерывно производить энергию, используя разницу между чем-либо
горячее и что-то холодное. Они идеально подходят для солнечных электростанций, где
солнечное тепло играет на зеркале, которое действует как источник тепла, и
высокоэффективные комбинированные теплоэлектростанции (ТЭЦ), которые должны производить стабильные поставки электроэнергии.
Недавно пионер Segway Дин Камен помог возродить интерес к двигателям Стирлинга.
используя их в качестве основы для компактного, домашнего электроснабжения
генератор под названием Beacon 10,
размером примерно с бытовую стиральную машину.

В обычном двигателе Стирлинга вы нагреваете до
горячий конец машины (источник тепла) и получить механическую работу
и меньше тепла от другого, более холодного конца (радиатора). Как только
электродвигатели можно использовать в качестве генераторов в обратном направлении, так что можно поставить
энергию в двигатель Стирлинга и запустить его в обратном направлении, эффективно
отвод тепла от радиатора и выброс его в
источник. Это превращает двигатель Стирлинга в «криоохладитель».
эффективное охлаждающее устройство. Охладители двигателя Стирлинга используются в
сверхпроводимость и
электронные исследования.

Преимущества и недостатки двигателей Стирлинга

Фото: Чистый, экологичный, безопасный, эффективный и компактный — двигателей Стирлинга много
преимущества. Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/NREL (Министерство энергетики США/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Самым большим преимуществом двигателей Стирлинга является то, что они намного эффективнее паровых двигателей (в основном из-за
замкнутый цикл и регенеративный теплообменник). У них нет
котлы, которые могут взорваться, не нуждаются в снабжении водой и не
имеют сложную систему открывания и закрывания клапанов,
двигатели требуют. Это одна из причин, почему они намного тише паровых двигателей, и потому что
они не обязательно включают сжигание топлива, могут быть намного чище. В отличие от паровых двигателей,
которые обычно сжигают уголь для кипячения воды, двигатели Стирлинга могут работать от всех видов
разное топливо.

С другой стороны, двигатели Стирлинга не запускаются мгновенно (это
требуется время, чтобы важнейший теплообменник прогрелся, а маховик
разгоняются) и они не так хорошо работают в режиме стоп-старт (в отличие от двигателей внутреннего сгорания
двигатели). Им также нужны большие радиаторы, способные отводить отработанное тепло.
что делает их непригодными для некоторых приложений.

Кто изобрел двигатели Стирлинга?

Иллюстрация: это иллюстрация оригинального двигателя Роберта Стирлинга (на основе его патента 1827 года).
напоминает обычный паровой двигатель, но он более сложный. Два больших
чугунные «воздушные сосуды» слева горячие внизу и холодные вверху
(источник тепла и радиатор), и поршни вытеснителя перемещаются внутри них вперед и назад.
Сзади можно увидеть рабочий поршень и маховик.
Работа из книги «История и прогресс парового двигателя» Галлоуэя и Хеберта. Томас Келли, 1832 г., стр. 667.

Неудивительно, что Стерлинг
двигатели были изобретены шотландским священником по имени Роберт
Стирлингом в 1816 году. Он надеялся создать двигатель, который был бы более безопасным и
эффективнее паровых двигателей, разработанных
около века назад Томасом Ньюкоменом (и позже улучшенным
Джеймс Уотт и др.). Появление двигателей внутреннего сгорания (бензиновых и дизельных двигателей)
Двигатели Стирлинга отошли на второй план, хотя они были заново открыты
Компания Philips в середине 20 века. Совсем недавно они
становятся популярными в солнечных электростанциях и других формах возобновляемых источников энергии.
энергии, где ценится их более высокая эффективность. Технология
получил еще один импульс в 1980-е, когда Иво Колин
из Загребского университета и Джеймс Сенфт из Висконсинского университета разработали новую,
очень компактная конструкция двигателя Стирлинга, который может производить мощность с небольшими различиями между
источник тепла и поглотитель.

Подробнее

На этом сайте

• Дизельные двигатели
• Энергия
• Двигатели
• Бензиновые двигатели
• Тепло
• Реактивные двигатели
• Паровые машины

Статьи

Новости

• Металлический порошок: новое безуглеродное топливо? Александр Хеллеманс, IEEE Spectrum, 16 декабря 2015 г. Как двигатели Стирлинга (приводимые в действие металлическими
  топливо) может сыграть свою роль в чистом, зеленом будущем.
• Дин Кеймен думает, что его новый двигатель Стирлинга избавит вас от сети менее чем за 10 тысяч долларов, Кристофер Хелман. Forbes, 2 июля 2014 г. Краткое введение в генератор Камена Beacon 10.
• Новый ядерный двигатель может использоваться для исследования дальнего космоса Адама Манна. Wired, 27 ноября 2012 г. НАСА исследует ядерный двигатель Стирлинга, который может питать космические зонды в местах, где солнечный свет (и солнечная энергия) недоступен.
• Ford Motors испытывает потенциальный двигатель будущего, Ричард Уиткин. The New York Times, 3 ноября 1975 г. Отчет из архива Times о первых испытаниях Форда двигателей Стирлинга.
• Империя вне сети автора Салли Ади. IEEE Spectrum, 31 июля 2009 г. Как двигатели Стирлинга и возобновляемые технологии помогают Дину Кеймену жить в автономном режиме на собственном частном острове.

Более академический

• Двигатель Стирлинга Грэма Уокера, Scientific American, Vol. 229, № 2 (август 1973 г.), стр. 80–87. Хорошие иллюстрации различных конфигураций Стирлинга, включая Ванкеля, Ринии и другие варианты.
• Двигатель Стирлинга: «Циклическая жизнь» старой технологии Райнхольда Бауэра, Icon, Vol. 15 (2009), стр. 108–118. Почему двигатели Стирлинга так и не стали коммерчески популярными? Теперь перспективы для них лучше?

Книги

Двигатели Стирлинга

• Механический КПД тепловых двигателей Джеймс Р. Сенфт. Cambridge University Press, 2007. Подробное термодинамическое исследование тепловых двигателей, включая двигатели Стирлинга.
• Двигатели Стирлинга и горячего воздуха: проектирование и создание экспериментальных моделей двигателей Стирлинга Роя Дарлингтона и Кейта Стронга. The Crowood Press, 2005. Практическое руководство по двигателям Стирлинга для модельеров.
• Введение в двигатели Стирлинга Джеймса Р. Сенфта. Moriya Press, 1993. Краткое объяснение теории одного из пионеров современных двигателей.
• История и развитие парового двигателя Галлоуэя и Хеберта. Томас Келли, 1832 г., стр. 667 и далее. Подробное описание «Патентного воздушного двигателя», основанное на оригинальном патенте Роберта Стирлинга и (очень приблизительно) современное ему.

Термодинамика двигателей

• Двигатели: введение Джона Лиска Ламли.
  Издательство Кембриджского университета, 1999. Хотя это касается двигателей внутреннего сгорания, это будет интересно, если вы ищете термодинамический подход к анализу двигателей.
• Термодинамика для чайников, Майк Паукен. Джон Уайли и сыновья. Простое введение в теорию термодинамики и ее практическое применение к таким вещам, как двигатели.

Видео

• Пример двигателя Стирлинга: двухминутная демонстрация настоящей бета-версии двигателя Стирлинга, подобной той, что показана в моей анимации выше.
• Двигатель Стирлинга: разборка: Дэн Рохас разбирает двигатель Стирлинга и показывает вам, что внутри. Это видео станет еще более понятным, если вы поймете теорию двигателей Стирлинга.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2012) Двигатели Стирлинга. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-stirling-engines-work.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Бибтекс

@misc{woodford_stirling_engines,
автор = «Вудфорд, Крис»,
title = «Двигатели Стирлинга»,
publisher = «Объясните это»,
год = «2012»,
url = «https://www.