DIY斯特林发动机设计制作原理

--斯特林发动机模型动手制做--动手制做--斯特林发动机模型

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

1)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(T(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:

①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。

②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。

③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。

④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。

—1878)斯特林(RobertStirling,17901790—

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:①等容吸热加热;②由外热源等温加热;③等容放热,供吸热用;④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。

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。

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

m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3,4,5,6m3,4,5,6mm

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。

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,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。不知道我这种思路对头吗?

请赐教。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),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,L1=L2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,要不配气活塞容易晃动,增加运行阻力。


相关内容

  • 物理科学DIY斯特林发动机与原理简介

    斯特林发动机制作 作品制作过程展示: 1○ 2○ 3○ 4○ 5○ 6○ 7 ○ 8○ 9○ 所需材料: 两个易拉罐.一片较厚的泡沫塑料.一根铁线.一个光盘.细线.小刀.一个瓶盖.一根细铁丝,固体胶,打火机,蜡烛,橡皮泥. 工作原理: 按缸 ...


  • DIY航模脉冲式喷气发动机

    DIY航模脉冲式喷气发动机 脉冲式喷气发动机结构简单,加工方便,并比普通内燃机发动机高的燃烧效,因此适用于各种航空,海模,车辆模中.你也可以自己设计做成喷气助动车辆.本手册将从原理开始,教你如何打造出自己的喷气发动机. 原理结构介绍 脉动喷 ...


  • 斯特林发动机简介

    竞赛类别: Educational Items 教材教具 斯特林发动机是通过气体受热膨胀.遇冷压缩而产生动力的.这是一种外燃发动机,使燃料连续地燃烧,蒸发的膨胀氢气(或氦)作为动力气体使活塞运动,膨胀气体在冷气室冷却,反复地进行这样的循环过 ...


  • 简单有趣的科学实验|小学生科学制作小实验做法大全

    [荐]关于声波的小实验:将沙子撒在喇叭上结果令人惊讶 [荐]肥皂泡的小实验:把洗洁精抹到盆上吹出的泡泡大的惊人 [荐]一网友用不同的东西制作鸡尾酒,看过后惊讶极了 [荐]这个表演可以有 关于气球的趣味科学小实验 [荐]尿素加工假皮蛋,每个黑 ...


  • 斯特林热机

    斯特林热机演示实验 实验类型:热学 2010年6月 [实验目的] ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 了解斯特林热机的现象及其原理. [实验仪器] ――――――――――――――――――――――――――――― ...


  • 法拉第圆盘发电机原理

    世界上第一台发电机的诞生 1831年,法拉第发现了电磁感应现象之后不久,他又利用电磁感应发明了世界上第一台发电机──法拉第圆盘发电机.这台发电机制构造跟现代的发电机不同,在磁场所中转动的不是线圈,而是一个紫铜做的圆盘.圆心处固定一个摇柄(图 ...


  • 第二类永动机

    第二类永动机 编辑词条 B 添加义项 ? 在热力学第一定律问世后,人们认识到能量是不能被凭空制造出来的,于是有人提出,设计一类装置,从海洋.大气乃至宇宙中吸取热能,并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头,这就是第二类永动机. 从单一热 ...


  • 自由活塞式热气机发电技术在世界上的发展

    S hanghaiEnergyConservation 上海节能 热气机应用专栏 自由活塞式热气机发电技术 在世界上的发展 上海齐耀动力技术有限公司 朱辰元 摘 要:自由活塞式热气机是热气机的一个重要分支,也是一个非常活跃的研究领域.当前世 ...


  • 斯特林发动机的发展与应用(1)

    第31卷第4期2010年8月 能源技术 ENERGYTECHNOLOGY Vol.31 No.4Aug. 2010 清洁能源与新能源 斯特林发动机的发展与应用 李海伟,石林锁,李亚奇 (第二炮兵工程学院502教研室,西安710025) 摘 ...