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-动手制做斯特林发动机模型-第 14 页动手制做-斯特林发动机模型晨怡热管 2008-1-27 9:47:47 什么是斯特林热机？热气机（即斯特林发动机）的理想热力循环，为19世纪苏格兰人R.斯特林所提出，因而得名。它是由两个定容吸热过程和两个定温膨胀过程组成的可逆循环，而且定容放热过程放出的热量恰好为定容吸热过程所吸收。热机在定温(T1)膨胀过程中从高温热源吸热，而在定温(T2)压缩过程中向低温热源放热。斯特林循环的热效率为 公式中W 为输出的净功；Q1为输入的热量。根据这个公式， 只取决于T1和T2，T1越高、T2越低时，则 越高，而且等于相同温度范围内的卡诺循环热效率。因此，斯特林发动机是一种很有前途的热力发动机。斯特林循环也可以反向操作，这时它就成为最有效的制冷机循环。斯特林循环可以分为4个过程：定温压缩过程:配气活塞停留在上止点附近，动力活塞从它的下止点向上压缩工质，工质流经冷却器时将压缩产生的热量散掉，当动力活塞到达它的上止点时压缩过程结束。 定容回热过程:动力活塞仍停留在它的上止点附近,配气活塞下行，迫使冷腔内的工质经回热器流入配气活塞上方的热腔，低温工质流经回热器时吸收热量，使温度升高。 定温膨胀过程：配气活塞继续下行，工质经加热器加热，在热腔中膨胀，推动动力活塞向下并对外作功。 定容储热过程：动力活塞保持在下止点附近，配气活塞上行，工质从热腔经回热器返回冷腔，回热器吸收工质的热量，工质温度下降至冷腔温度。 在理论上，定容储热量等于回热量，其循环效率等于卡诺循环效率。两个活塞的运动规律是由菱形传动机构来保证的。斯特林（Robert Stirling， 17901878）英国物理学家，热力学研究专家。斯特林对于热力学的发展有很大贡献。他的科学研究工作主要是热机。热机的研制工作，是18世纪物理学和机械学的中心课题，各种各样的热机殊涌而出，不断互相借鉴，取长补短，热机制造业兴旺起来，工业革命处于高潮时期。随着热机发展，热力学理论研究提到了重要位置，不少科学家致力于热机理论的研究工作，斯特林便是其中著名的一位。他所提出的斯特林循环，是重要的热机循环之一，亦称“斯特林热气机循环”。这种循环，是封闭式的，采用定容下吸热的气体循环方式。循环过程是：等容吸热加热；由外热源等温加热；等容放热，供吸热用；向冷体等温放热，完成一个循环。在理想吸热的条件下，这种循环的热效率，等于温度上下限相同的卡诺循环。利用这种循环的“斯特林热机”，具有很多特点，如采用外燃，或外热源供热等。由于这种循环是封闭式循环，可采用传热性能好的工质，同时，工质的腐蚀性也可以很小，如氮气、氢气等气体。充入的气体工质，还可以加大压力，视封闭系统的情况，能够采用远远大于大气压力的高压气体工作，这样可以提高发动机的单位重量的功率，减小发动机的体积和重量。斯特林热机在逆向运转时，可以作为制冷机或热泵机，这种设想在现代已进入了实用研究阶段。斯特林循环热空气发动机不排废气，除燃烧室内原有的空气外，不需要其他空气，所以适用于都市环境和外层空间。18世纪末和19世纪初，热机普遍为蒸汽机，它的效率是很低的，只有3一5左右，即有95以上的热能没有得到利用。到1840年，热机的效率也仅仅提高到8。斯特林对于热力学理论的研究，就是从提高热机效率的目的出发的。他所提出的斯特林循环的效率，在理想状况下，可以无限提高。当然受实际可能的限制，不可能达到100，但提供了提高热效率的努力方向。     用试管和玻璃注射器制作的斯特林发动机模型用试管和玻璃注射器做个斯特林发动机,用蜡烛就可以转，用酒精灯大概转速在350左右，还有很大的改进余地y,p&e7D$F1_!v)c;X0O#I%I46u&n*O1%L3G!.F,H I).d-y)医疗用品商店。各种试管、注射器、胶管都有   经过改进，功率大增，体积减小。最高转速达到900转/分，用个小蜡烛就可以带动一个简易发电机点亮发光管。发电机就是用0.23的漆包线绕2000匝，铁芯用4个450电直的废主轴。磁铁就是用两个10mm的磁钢吸在铁质飞轮上。Z q9I咖啡杯上的斯特林发动机这种“热回声”式斯特林发动机里的钢丝刷才起你说的冷热交换作用5iMX.com 我爱模型 玩家论坛,?)_*6w+e4T0M)X7B    这个动力缸是玻璃的（玻璃注射器），所有发动机的动力缸都是玻璃的，塑料注射器的阻力太大。这个玻璃上没有打孔，照片中的孔在铝合金上，这个孔通到后面的一个延伸到到动力缸的底部的一个槽，和动力缸的塑料堵头联通。    但是manson 发动机的玻璃上有打孔（见下图），其实玻璃的切割和打孔很简单的，甚至简单过金属的切断，没想象的那么难，切割我是夹在车床上用金刚砂轮切割，打孔就是用小台钻夹上下面照片中塑料盒里的金刚砂魔头打孔，几分钟内就可以完成。后听人介绍有玻璃钻头买，下图是我买的3,4,5,6mm的玻璃钻头，不过还没来得及用。加工玻璃的时候要加水，防止玻璃粉尘飞舞"I!l*-g4k0f,d7r,b注射器上打的孔manson发动机内部结构后视，注意气缸（注射器管）上有孔manson发动机前视原理大概给解释一下：    此发动机有两个冲程，且两个冲程都是做功冲程。    此发动机有两个活塞，图中左边的是配气活塞（活塞和气缸之间有间隙，以便空气在冷热端流动），右边是动力活塞，两活塞是刚性连接。并被动力活塞封闭成一个与外部隔绝的密封腔体。    当活塞从上止点往下止点（从左向右）移动时，将冷端的冷空气压向热端，冷空气在热端受热膨胀，腔体里气体压力高于大气压，故进一步推动活塞向下止点移动（做功冲程）。     当活塞运动到下止点时，图中管道C的X开口和动力气缸的开口X接通（exhaust处），热空气通过管道C排出到外部。由于飞轮的惯性作用，活塞将从下止点向上止点（从右向左）移动，此时残留在热端的热空气将被压向冷端，进入冷端的热空气被冷却后收缩，将引起腔体内的气体压力下降到低于大气压，故动力活塞在外部大气压的作用下进一步向上止点（向左）移动（也是做功冲程）。    当活塞移动到上止点时，管道B被接通，外部的冷空气通过此管道被吸入腔体（因为此时腔体内的气压低于大气压）。    如此往复循环。 下图，是分解图：对照我以前发的照片应该可以明白此发动机的原理和制作方法了吧？斯特林发动机做模型注意几点; 我个人认为要效率高转速快，主要在于与气体温度差和活塞直径，它决定了活塞的最佳行程。假如冷却的气体温度为t1，加温后为t2，那么这个温差t，(气体膨胀工质)决定了气体的膨胀度V，再用V 除以气缸的截面积，得出活塞行程L，然后再以这个L为参考值，考虑各种系数，最终决定L值，就得出了L1的长度了。(热端的导热很差而美观的玻璃筒体,要改换为大表面积的耐久侯使用的某一金属筒体了)理想气体方程 pV=nRT 遵从理想气体状态方程是理想气体的基本特征。理想气体状态方程里有四个变量气体的压力p、气体的体积V、气体的物质的量n以及温度T和一个常量（气体常为R），只要其中三个变量确定，理想气体就处于一个状态，因而该方程叫做理想气体状态方程。温度T和物质的量n的单位是固定不变的，分别为K和mol，而气体的压力p和体积V的单位却有多种取法，这时，状态方程中的常量R的取值（包括单位）也就跟着改变，在进行运算时，千万要注意正确取用R值 (理介题:在常压下，把一定量气体从0度升温到20度，气体体积是否会增加一倍?根据气态方程pV=nRT(R是常数)可知。当物质的量不变，压强不变时，V1/V2=T1/T2。T1=273.15K(绝对温度)，T2=293.15K，所以，气体体积不可能增加一倍。)排气口大小也很重要。再者要考虑大小活塞的直径比，因为发动机运行时腔体的容积也在变化制作中注意几点：    1.一定确保将发动机的摩擦阻力减到最小，只要能转起来，获得经验后再考虑如果提高功率和转速。    我在所有连杆处都加了轴承，并且配气气缸堵头滑动摩擦处用了赛钢塑料（带自润滑）刻条纹减小运动阻力，其实不用轴承和赛钢塑料也可以，不过第一次做还是努力点好。     2.L1和L2的夹角是90°     3.一般情况下L1大于L2，这样做的效果是小温差容易转动，制作容易成功，但是如果要追求大功率和高转速，L1L2或大于可能更好。我是试验出来的，分析起来估计是L2越大压缩比也越大。    4.连杆也不可以太短，要是不配气环,活塞容易晃动，增加运行阻力和漏气.5.如有甲醇滴入冷却”冷端”,汽化后吸收了大量热的的气体,再去加热”热端”(如冷端那样增加表面积)效率会有不少提高.,6.气体工质也是很重要的一方面,而氦太贵,在民用,工业上用氢则有先例(但需有工质补充系统-气源)