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1、讲座斯特林发动机原理简介.1从卡诺循环说起,它是由卜诺循环是大家早已熟知的热力学中的理想循环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但是很遗憾至今人们尚不能造出一台卡诺机然j而,一百多年来,,成卡诺定理却给人们指明了改进热机的方向为提离一切热和热效率的准绳,其意义早已。超出了卡诺机本身的是否存在,则由此得如果用二个等容过程代替二个绝热过程’r到的新循环由等温压缩、等容加热、等温膨胀、等容放,如图112341所热四个过程组成中的一一一一示。该循
2、环在相同温限内可以得到比卡诺循环大得多的!生巨功量,但热,“效率却比卡诺循环低和汽油机采用的奥V5托循环”相近。有鉴于此,苏格兰人罗伯特、斯特林想,。到了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4一1定容放热过程放出的热能按不同温度储存起来而在2一3定容吸热过程中让工质依次吸收。于是在整个循环中,只有3一4等温吸热、1一2等温,,则这种有回热措施的理想循环,便和卡诺放热过程和外界有热交换若回热完全成功的话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。这种有定客回热的概括性卡诺循环,因为是斯特林首,。先提出的所以也
3、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、、、空、。,氦氮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,,它。、效率高所以一百多年来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燃用多种类型燃烧的斯特林发动机又被各国政府及一些公司重新重视。显然,在斯特林循环,,,中的等容回热过程也可由其它回热过程所代替织成新的循环如用二个等压回热过程组成等等,在此不一一阐述。2.实现斯特林循
4、环的理想方法,、,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物理模型说明实现斯特林循环的理想方法。,,。参见图2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其一称,,,。、、;为热缸也叫膨胀缸气缸中的活塞称为热缸活塞热缸始终保持高温T另一缸称为,也叫压,冷缸缩缸气缸中的活塞称为冷缸居,。。二。塞冷缸始终保持低温T回热器一般是由不,、一一锈钢丝网片,几仁构成的多孔基体此处可抽象地认为团熬濡币白它是一块“热力海棉”,它交替地吸热或放热,(l)‘‘l-~⋯工。,下一质进
5、行周期往复流动时进行热交换同时为臀事,,分析问题方便起见假设回热器无轴向导热所傲黝(卫、.~以两端总维持温度梯度。~⋯,一区}宜冷缸活塞处于外止点,循环开始时热缸活鞭,廷二二〔3,,2塞处于内止点紧靠回热器如图中的1位置。,,粼犷二石一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。_等温压缩过程i一2热缸活塞在内止点厂习ji预,冷缸活塞由外止点向内止点移动,}}不动热缸活,;=二。二塞和冷缸活塞之间形成的上作腔由VV{/‘一Z二。、。。,,门/一一减小到VV此时工质被压缩因压缩,亘,⋯而产生的热量通过缸壁传给环境从而使工质温/套合l
6、{度保持不变。!等容加热过程2一3冷缸活塞运动到位2以,:,置后压力上升到p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。,图2不变工质通过回热器时吸热温度上升到二。二,m。二。,。T压力上升到P此过程一直进行到冷缸活塞处于内止点如图2中的3位置等温膨胀过程43,,3一冷缸活塞移动到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2中的4位置。,,等容41从4位置开始冷缸活塞和热缸活塞同步右移以工作腔各积放热
7、过程一。,,从而。工质从热缸进入冷缸工质通过回热器时依次把不同温度保持不变实现等容过程,二。二二;。。这个过程一直进行到热缸活塞移的热能传给回热器基体工质的温度从T下降到T至,,1。内止点冷缸活塞移到外止点回复到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。.3斯特林发动机的实际环循,。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3。,图及图4为并列式及V型双活塞式斯特林发动机结构示意图由图中可以看出两气,这便增“”)。缸之间还布置有加热器和冷却器加了发动机的无益容积(也称死容积所谓,。。、,
8、指的是两个活塞都未扫到的部分它包括余隙容积回热器加热器发动机的无益容积冷却器的通流容积以及联接通道和孔口的内部容积。死客积
