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斯特林发动机

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BetaStirlingTG4web.jpg

长型斯特林机剖面图:

  • 粉红–高温汽缸壁
  • 深灰–低温汽缸壁(透过黄色通道注入和排出冷却液)
  • 深绿–温度隔离壁
  • 浅绿–配气活塞
  • 深蓝–活塞
  • 浅蓝–曲柄和齿轮
不在图上的:热源和冷源。

斯特林发动机(Stirling Engine)又名热空气引擎,一种闭循环活塞式热机。闭循环的意思是工作燃气一直保存在气缸内,而开循环则如内燃机和一些蒸汽机需要与大气交换气体。斯特林发动机一般被归为外燃机

历史[编辑]

伦敦的牧师罗巴特斯特林(Robert Stirling)于1816年发明的,

所以命名为“斯特林发动机”(Stirling engine)。

工作原理[编辑]

史特林引擎2种─大学生5分钟

斯特林发动机通过气体在冷热环境转换时的热胀冷缩做功。发动机内的工作气体处于封闭中,本身不参与任何形式的能量转换,因此可以用惰性气体来作为工质。以简单的双缸斯特林为例,斯特林发动机的工作过程可以分为如下几个阶段[1]

  1. 右侧气缸受热,右侧活塞上升,接近于等温膨胀过程。
  2. 工作气体进入左侧气缸,左侧活塞上升,右侧活塞下降,接近于等容放热过程。
  3. 左侧气缸被冷却,左侧活塞下降,接近于等温压缩过程。
  4. 工作气体进入右侧气缸,接近于等容吸热过程,完成一个循环。

理想情况下,等容放热量与等容吸热量相同,等温膨胀吸热量高于等温压缩放热量,输出机械能。

配气活塞式斯特林发动机的原理,配气活塞斯特林发动机有配气活塞和动力活塞两个活塞。其中配气活塞并不密封,气体可以从其和气缸间的缝隙中自由流动:

  1. 底部气体受热,配气活塞向上运动。
  2. 配气活塞上部气体受到压迫,一部分推动动力活塞运动,一部分从缝隙中进入配气活塞底部受热膨胀继续推动配气活塞。
  3. 动力活塞转动,带动飞轮,飞轮带动配气活塞向下运动。
  4. 配气活塞压迫气体进入上方,气体被冷却收缩,配气活塞上升,完成一个循环。

背景[编辑]

在将热变成机械功的转换上,斯特林引擎在真实的热机中可达最高的热效率,至多80%,仅受工作气体和引擎材料的不理想性质限制,例如摩擦热传导性、抗张强度、缓慢、熔点等。

此引擎理论上可用任何足量的热源运行,包括太阳能化学能核能

内燃机相比,斯特林引擎往往维修需求较低,更高效、更安静、而且更可靠。它们倾向被应用于某些特殊用途以发扬其独特优点。特别是首要目标非减低每单位功率的投资成本(金钱/千瓦),而是减低引擎产生每单位能量的成本(金钱/度)的时候。

很小的斯特林发动机

在额定功率下,斯特林引擎的投资成本目前比内燃机引擎高,而且通常更大更重,因此这引擎科技很少单独以此作为竞争基准。然而在一些用途上(例如需要静音的潜艇[2]),适当的本益分析可令斯特林引擎优于内燃机引擎。

近年来,鉴于能源成本普遍上涨,能源短缺和全球暖化之类的环境问题,斯特林引擎的优点愈来愈显著。也有人将斯特林发动机运用在了实验车辆上。[3] 对斯特林引擎科技提高兴趣促进了斯特林装置的研发。其应用涵盖借由不相容于内燃机的丰富能源抽水、宇基太空航行、发电,像是太阳能、农业废料还有家庭垃圾。

另一个斯特林引擎的潜力是,若供应机械功,它可以作为一种热泵。已有实验利用风能驱动斯特林热泵作为家用冷暖空调

相关条目[编辑]

资料来源[编辑]

延伸阅读[编辑]

外部链接[编辑]