斯特林发动机模型制作大全
自制斯特林发动机diy图解
自制斯特林发动机diy图解
结构图
所需材料和工具
用钢丝球做移气活塞,长度为易拉罐的一半
将气球剪掉一半
然后用双面胶粘在瓶盖上并钻一个小孔(不能太大也不能太小,大太大会漏气,太小摩擦力就大了)
把移气活塞放入易拉罐,然后将气球套在上而面,用胶粘好
再做个一个用来冷却的水箱。
先将大易拉罐底下钻一圈孔
然后就能轻松把易拉罐底部开一个大圆出来
制作曲轴:用钳子加工铜丝,曲轴那里要有90度的相位角。
制作飞轮:用502胶将四片光盘和砂轮片粘起来然然后再粘个轮子
之后组装
大功告成了,只是由于手机没多少流量了不能发视频,真不好意思。
]如何用一个咖啡杯DIY制作斯特林发动机(转载)
]如何用一个咖啡杯DIY制作斯特林发动机(转载)
该发动机几乎完全是建立垃圾,我在镇附近找到。
在旧货店铝板被打捞从一盘蛋糕和廉价的煎锅。
腔侧壁的压力是从一提出一块旧塑料排水的管线。
轴承是从一集的旱冰鞋。
轴的轴是从油漆辊切处理。
的置换剂是从一减一块泡沫板海报。
气缸的活塞和驱动器是唯一的部分是不买了一个垃圾
商店。
我去了当地的示范店,购买两件黄铜管。
其中一人恰好是正确的大小为幻灯片内的其他一。
我插入一直径较小的管端和它塑造成一个活塞。
咖啡杯斯特林发动机为例说明:
压力室顶板和底板被切断旧炊具从旧货商店购买。
在压力腔侧壁被切断从4“塑料排水管件
小黄铜管是一个完美的大小来保存音乐细铁丝。
该音乐线将成为置换剂推杆。
它将通过一个滑动的黄铜管短节。
该管道将充当“腺”,以保持压力室,通过它作为幻灯片的轴密封。
削减的置换剂是从一个泡沫板一块核心海报。
一个点标
志着中心。
阿夹具是用来保持在完美的推杆路线,因为它是在地方胶合胶合压力腔高温硅粘合剂从汽车零部件商店购买(合)。
腺体是由一对黄铜管从模型店,正好符合音乐线推杆不错短文。
它是在与巴顿焊接举行环氧树脂地.
较短的黄铜管的大小为长管内滑动。
简短的管道将成为活塞。
2。
斯特林发动机原理与制作
斯特林发动机原理与制作斯特林发动机原理与制作2010-11-09 22:20这种发动机是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)。
斯特林发动机是独特的热机,因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率,称为卡诺循环效率。
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程。
外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机,有别于依靠燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机。
新型外燃机使用氢气作为工质,在四个封闭的气缸内充有一定容积的工质。
气缸一端为热腔,另一端为冷腔。
工质在低温冷腔中压缩,然后流到高温热腔中迅速加热,膨胀做功。
燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧,通过加热器传给工质,工质不直接参与燃烧,也不更换。
热气机工作原理热气机是一种外燃的、闭式循环往复活塞式热力发动机。
热气机可用氢、氮、氦或空气等作为工质,按斯特林循环工作。
在热气机封闭的气缸内充有一定容积的工质。
气缸一端为热腔,另一端为冷腔。
工质在低温冷腔中压缩,然后流到高温热腔中迅速加热,膨胀作功燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧,通过加热器传给工质,工质不直接参与燃烧,也不更换。
已设计制造的热气机有多种结构,可利用各种能源,已在航天、陆上、水上和水下等各个领域进行应用。
试验热气机的功率传递机构分为曲柄连杆传动、菱形传动、斜盘或摆盘传动、液压传动和自由活塞传动等。
按缸内循环的组成形式分,热气机主要有配气活塞式和双作用式两类。
在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动,冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接,配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动。
热力循环可以分为定温压缩过程、定容回热过程、定温膨胀过程、定容储热过程四个过程。
易拉罐制作斯特林发动机[精选.]
易拉罐制作斯特林发动机斯特林发动机大致分为四类,α,β,γ,和自由活塞四种,今天要做的是γ型。
具体工作方式可以在网上自己查一下。
α型β型γ型自由活塞材料准备:工具准备:零件制作:1.支架制作:1.1在易拉罐的侧面开一个大孔1.2在上端两侧各开一个小孔,孔径根据铁丝直径确定。
1.3在下端中心点开一个小孔,孔径略大于钢丝直径。
1.4在下端小孔侧面开一个孔,孔径根据笔筒而定。
1.5再在侧面开一个孔,保证带气管可以穿出。
2.活塞缸制作:2.1将易拉罐上部剪掉,剪口尽量平滑,保证密封3.曲轴制作:3.1如图折弯铁丝,两个折弯之间的夹角为90°。
4.曲柄制作:4.1曲柄根据两端的两个孔刚好能穿过铁丝为最佳,在曲柄中间制作一个闪电形折弯方便装配时调整曲柄长度。
5.导气管制作:5.1用火烤一下根据开孔情况折弯成一个Z字形。
6.冷却活塞缸制作:6.1在瓶盖下方钻一个孔,孔径、位置根据笔筒而定。
7.换气活塞制作:7.1将气球嘴剪掉在顶端打个孔,用螺丝和垫片加紧,同时将换气活塞曲柄加紧。
注意垫片尺寸小于饮料瓶盖尺寸。
8.飞轮制作:8.1将螺柱均匀安装在面包板上,光盘的话可以省略。
然后再中间打一个孔可以刚好穿过铁丝。
9.活塞杆的制作:9.1将铁丝这完成一个L形。
插入易拉罐后基本与易拉罐平齐,或者略高于易拉罐。
10.挡片制作:10.1剪两个圆形贴片,在中心打孔,孔径却大于铁丝直径。
垫片外径小于易拉罐直径。
11.活塞制作:11.1将钢丝棉卷成一个圈,尽量紧密适中,外径略大于易拉罐直径。
宽度=易拉罐内孔深度—10mm—10mm。
12.挡圈制作:12.1将油笔芯剪成2mm长小段。
组装零件:1.支架组装1.1用AB胶粘接导气管、瓶盖。
1.2将曲轴转过支架上端小孔,同时将曲柄及垫片穿过,将曲柄调整到正确位置。
1.3将飞轮用AB胶粘在曲轴上1.4将垫片用AB胶水粘在活塞杆上,钢丝棉放在两垫片之间。
1.5将活塞杆穿过支架下端小孔,与曲轴连接,然后放入活塞缸,将气球套在瓶盖上。
自制斯特林发动机制作教程及斯特林发动机原理、图纸
⾃制斯特林发动机制作教程及斯特林发动机原理、图纸⼀杯咖啡不能化⾝为⼀杯汽油,但是它⼀样可以⽤来驱动⼀个发动机,只不过这个发动机有点特别,是⽤硬纸板做成的⼩型发动机,当然也不是全部⽤硬纸板做成,还包括黄⾦冲件,激光切割的铝⽚,低摩擦的塑料轴承以及弹性钢丝。
来⾃德国⼀家叫作Astromedia,以⽣产硬纸板⼩发明和⼩玩意为主的公司。
这个能在⼀杯热咖啡上就能转起来的发动机,正是斯特林发动机(Stirling engine),由于能源,环境和可持续发展等⼈类问题的影响,⼈们开始热衷发展斯特林发动机,由Robert Stirling(罗伯特斯特林)在1816年发明的外燃发动机。
前不久我们⽹络⽂摘收过⼀篇⽂章,讲著名的发明家Dean Kamen(Segway的发明者)也在挪威成⽴⼀个公司,投⾝于他的下⼀个⼤项⽬,就是使⽤斯特林发动机的交通⼯具的计划。
斯特林发动机是活塞式热⽓发动机,在外部加热密封⽓室,⾥⾯的⽓体(氢⽓或氦⽓)膨胀推动活塞做功,膨胀后的⽓体在冷⽓室冷却,然后进⼊下⼀个流程。
同样只要有⼀定值的温度差存在,都可以形成斯特林发动机,⽐如上⾯这个咖啡杯上的斯特林发动机,如果下⾯是冰块,它也能转起来,⽽且⽐⾥⾯是热咖啡(或热⽔)还要持久,⼀个⼩时左右。
斯特林发动机可以使⽤多种的燃料,各种可燃⽓体估计是最佳材料,Dean Kamen还⽤⽜粪来作过燃料。
⽽且排⽓洁净,还有⼀个优势相对于内燃机来说,因为没有⽓体爆炸,所以⼤⼤降低了噪⾳污染。
这个“玩意”是不是设计也没什么值得讨论的,以前⼈们总是很难分辨设计师或者发明家,但现在来说好像⾜够分明了,设计师是明星,艺术家……,⽽在国内发明家基本都是农民。
如果你既是设计师,⼜是发明家,那么肯定会得到更多⼈的敬佩(⼈⼈喜欢hardcore),如果你还有商业头脑,那你就是下⼀个Dyson了。
虽然说学科细分很难让普通⼈精通⼏般武艺,但这不是100%的,因为⼀⽅⾯设计本来就是知识⾯⼴泛的学科,有深⼊钻研的机会,另外还有想成为⾮普通⼈的普通⼈呢。
就地取材制作斯特林发动机
就地取材制作斯特林发动机1 工具和材料1.1 材料○ 移气器气缸,其中一个是有锥形底的契形罐,组装在一起○ 两个空的不锈钢汤罐,至少一个拥有锥形底○ 移气器○ 可以刚好被移气缸无摩擦纳住的铝制饮料罐。
○ 两个薄的金属碟片(例如食物罐的盖子)○ 动力活塞缸○ 铜管或者青铜管,尽量圆,约40-50mm长○ 动力活塞○ 飞轮○ 具有较低摩擦系数的球轴承○ CD片,或者其他类似的圆片,制备轮圈○ 硬币(配重)○ 横梁○ 金属片或者木头(12”厚),要保证足够厚,有一定刚度○引擎支架○ 支撑小木头(1”×1/2”也可以稍大),至少24”(600mm)长○ 一块木头作为支承座,至少12"长4"宽(300 x 100mm)其他○ 青铜管(内径1/8”)、不锈钢丝(直径1/8”)-每个约12”长(上述值并不需要非常精确,只需要不锈钢丝可以在管内可以紧贴滑行)○ 衣架铁丝○ 两个接线端子○ JB环氧胶○ 快干环氧胶(例如Araldite)1.2 工具必要工具● 钢锯● 电钻● 木工锯特别工具● 可以打磨去料的抛光工具2 设计γ型斯特林引擎(伪爱因斯坦说:γ型斯特林引擎——具有两个独立气缸,其中一缸中配备动力活塞,一缸配备移气器)的“核心”乃是一个大的移气缸纳住一个移气器(也可以称作转换器,是斯特林引擎的核心装备),该移气缸与另一个动力缸连通,动力活塞缸同时还纳住一个动力活塞,动力活塞通过一系列传动装置,反过来再为移气器提供动力。
在曲柄设计中,我采用了Darryl Boyd’s设计,加入了一个“平衡木”的系统。
利用该平衡木可以实现动力活塞和移气器的动力转换。
不是多新奇或者多巧妙,仅仅是因为……我手上就那点材料,而且看起来效果也可圈可点。
踏破铁鞋,蓦然发现,铝制易拉罐可以与不锈钢的汤罐配合的很好。
因此移气缸我决定选用不锈钢汤罐,而移气器则使用铝制的饮料罐,至于理由嘛,便宜(重点)、轻便、易安装。
Stirling Engine Plans 斯特林发动机模型简易图纸
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斯特林发动机模型制作与研究
毕业设计(论文) 题目斯特林发动机模型制作与研究系别动力工程系专业班级热能与动力工程08k3班学生姓名指导教师王庆五二○一二年六月斯特林发动机模型制作与研究摘要随着石油资源的日益短缺,石油价格逐渐上涨,传统的内燃机使用石油资源而引起的环境污染、能源使用极不平衡等社会问题日见突出。
研究能以天然气、沼气、生物质等作为燃料的发动机有关技术,对于促进能源的综合利用、改善当前使用单一石油资源的状况并减少环境污染,创造节约型社会,具有重要的意义。
斯特林发动机作为外燃机具有的燃料多样化、效率高、噪音和污染小等特点,适于利用农村薪材、桔杆和太阳能进行发电。
斯特林发动机得天独厚的优势,以及各种新材料新技术的出现,斯特林发动机必将代替内燃机为21世纪提供主要动力。
斯特林发动机的广泛应用,必将使我国的能源利用效率得到大幅度提高,无沦是对环境保护还是节能减排,都有着非常重要的积极意义,也将会为我国的经济又好义快的发展提供充足动力。
本文通过研究斯特林发动机的性能特性,讲述了斯特林发动机的结构类型与主要分析方法,总结了斯特林发动机的关键技术,阐述了斯特林发动机的特点及主要应用,设计制造了斯特林发动机模型,并对该模型进行了实验分析,得出的结论和模拟性能基本一致。
关键词:斯特林发动机;性能模拟;设计实验Stirling engine model production and studyAbstractThe oil energy is reducing and its price is increasing day by day,theinternal-combustion engine has brought environment pollution and broken zoology balance,the problems are standing out.Researching engine that can combust gas,marsh gas,biology is very signification that it can promote the compositive utilization of energy,change the use of only one oil energy,reduce environment pollution,create the economy society.The Stirling engine as outboard engines with fuel diversification, high efficiency, noise and pollution and other characteristics, suitable for rural fuelwood, straw and solar power generation. The unique advantage of the Stirling engine, as well as a variety of new materials, new technologies emerge, the Stirling engine will replace the internal combustion engine to provide the main driving force for the 21st century. Wide range of applications of the Stirling engine, will make China's energy use efficiency has been greatly improved, no occupied by the enemy of environmental protection or energy saving, have very important positive significance, will also be good for China's economic justice the fast pace of development to provide adequate power.According to the requirements on the development of energy and basing on the theory of stifling engine,the software the simulate stirling engine character is developed,then the configuration-type and analytical method of Stirling cycle were elaborated in the following parts.The key technology that affect the performance was also summarized.Through its character,the stifling engine model is designed and manufactured,and it is tested,the conclusion consistent with the simulation character.Key Words:stirling engine,simulation eharaeter`designing experiment目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 斯特林发动机的背景及意义 (1)1.2 斯特林发动机国内外研究动态 (2)1.2.1 国内发展状况 (2)1.2.2 国外发展状况 (2)1.3 本文的主要研究内容 (4)2 斯特林发动机组成及理论分析 (5)2.1 斯特林发动机的组成 (5)2.2 斯特林发动机的工作原理 (6)2.3 斯特林发动机热效率分析 (8)2.4 小结 (8)3 斯特林发动机性能分析 (10)3.1 斯特林发动机实际循环性能分析计算 (10)3.1.1 数学模型的建立 (10)3.2 斯特林发动机性能模拟及影响性能因素 (13)3.2.1 膨胀腔、压缩腔示功图和总示功图 (13)3.2.2温度、压力、转速等因素对斯特林发动机性能影响 (14)3.3 结论 (15)4 斯特林发动机模型设计制作 (16)4.1 斯特林发动机的设计类型 (16)4.2 斯特林发动机设计参数的选择及确定 (16)4.3 斯特林发动机的具体尺寸及制作 (17)4.3.1 斯特林发动机模型外型 (17)4.3.2 制作方法及制作工序 (18)4.3.3 组装次序及注意事项 (22)4.3.4 试运行 (23)4.4 小结 (23)5 斯特林发动机在联合循环及余热利用中的研究 (24)5.1 朗肯—斯特林联合循环 (24)5.2 燃气轮机—斯特林联合循环 (26)5.3 小结 (28)结论 (29)参考文献 (30)致谢 (31)1 绪论在当今世界科学技术的迅速发展,人们在不断完善现有动力机的同时,还在努力探索开发新型的动力机,外燃机就是在这样的背景下设计成功的,随着石油资源的日益短缺,石油价格逐渐上涨,传统的内燃机使用石油资源而引起的环境污染、能源使用极不平衡等社会问题日见突出。
斯特林发动机模型制作大全
制作热声效应斯特林引擎十九世纪的吹玻璃工人,偶尔会听到被加热的玻璃管自然发出神秘的单音,这令人费解的声音其实是热机的另一种输出形式。
一般的引擎以转动的形式输出能量;声音也具有能量,只不过以空气作为传递的媒介。
热声效应的原理空气振动形成声音,声音发生时,为方便讨论,将传播声音的空气分成无数小块空气,应用牛顿力学来分析空气振动的情形,会得到声音的波动方程式,此方程式的解显示:声音传播时,各个小块空气都会发生膨胀收缩和位移。
如果小块空气被压缩后,再被加热膨胀,对周围空气作较大的正功;之后这小块空气又先被冷却,再被压缩,作较小的负功 (周围空气对这小块空气作较小的功) 。
虽然这小块空气并非对活塞或涡轮作功,而是对周围空气作功,事实上也完成了工作流体加热后膨胀,冷却后被压缩的热机循环,把热能转换成声音振动的能量,增加声音的强度,此即所谓“热声效应”。
凡是利用工作流体在冷、热区间移动,执行压缩的工作流体经加热而膨胀作正功,膨胀后先冷却再压缩作负功的热机循环,这样的机构都被归类为斯特林引擎。
利用热声效应把热能转换成机械能的装置,也就称为热声效应斯特林引擎(thermoacoustics stirling heat engine) ,热声效应斯特林引擎大致可分为驻波(standing wave)和行波(traveling wave)两种。
驻波型斯特林引擎的作功原理驻波型斯特林引擎,基本上是一端闭口,一端开口的管状共振腔,在共振腔内近闭口端装有热片堆(stack),热片堆中有许多平行共振腔轴向的密集穿孔。
热片堆在靠近闭端温度较高,另一端温度较低,于是延共振腔轴向的温度梯度(temperature gradient)相当大。
当驻波发生时,热堆片穿孔中的各小块空气(工作流体)向闭口端位移,而被压缩,同时移向热片堆较高温处,该小块空气在热穿透深度(thermal penetration depth)以内的部分,会被热片堆加热,使得温度升高,随即膨胀对周围空气做较大的正功,驻波的能量于是加大,小块空气也随着膨胀,同时移至热片堆的冷端,当能量增加的驻波再度压缩这小块空气时,此小块空气已先被较低温的热片堆冷却,只消耗较少的声波能量即可被压缩。
热声斯特林引擎diy
Lamina stirling engine model 翻译 qq:15769767热声斯特林引擎模型I found the plans for this engine on the internet.我在互联网发现这种引擎的制作方案。
It's a Lamina flow engine based on the sterling cycle from what I have read.据我所知这是基于斯特林循环的斯特林发动机。
I honestly do not really know how this engine works but it runs on a external flame.老实说,我真的不知道这个引擎如何依靠外部火焰运行。
It's a really simple engine to build .这是一个非常简单的引擎。
This is a basic plan for the engine.这是引擎的基本方案。
Copyright © 2008-2010 Mike Freeman版权所有© 2008-2010迈克弗里曼Building the Engine如何制造这款引擎These are the 4 main parts of the engine:引擎的四个主要部分:1。
The piston & cylinder活塞与气缸2。
Regenerator Tube蓄热管3。
Flywheel飞轮4。
Flame火焰I used a small lathe & mill to make all the parts for this engine.我用了一个小型车床和轧机,制作这种发动机的所有部件。
A 4 jaw chuck is also useful if available. 如果有一个四爪卡盘也是很有用的。
1.Piston & Cylinder活塞与气缸The piston is made out of graphite.活塞是用石墨制成的。
斯特林引擎小车制作
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(3)等容冷却过程④→① ③→④过程利用飞轮积蓄的能源,高温侧活塞上升,低温 侧活塞下降。即,工作气体所占容积一定时,工作气体自 高温空间向低温空间移动,那个时候一定容量(等容)的工 作气体,通过联结部(冷却部)及气缸壁冷却,由于低温压 力开始降低。 (4)等温压缩过程①→② ④→①过程工作气体的压力下降。因此工作气体所占容积 减少,利用飞轮积蓄的能源,高温· 低温侧的两活塞开始上 升。最近工作气体一边压缩一边通过联结部(冷却部)及气 缸壁冷却,工作气体所占容积最小。 这样引擎启动时,被高温· 低温侧的两活塞密闭的工作气体 所占容积,需要根据工作煤气加热增加的方向使之旋转,不 过旋转开始后,利用飞轮重复③→④→①→②→③的过程。 作为这个结果能从输出轴得到动力。
斯特林引擎在太阳能热发电 领域“如日中天”
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斯特林发动机模型
2007-12-24 | 斯特林发动机模型详细的原理在这里:/luntan/forum/display.asp?SID=1& BID=33&TID=9555用试管和玻璃注射器制作的斯特林发动机模型用酒精灯大概转速在350左右,还有很大的改进余地%I4}6u&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,用小蜡烛就可带动简易发电机点亮发光管。
发电机是用0.23的漆包线绕2000匝,铁芯用4个450电直的废主轴。
磁铁是用两个10mm的磁钢吸在铁质飞轮上。
7})M0|,C/Z q9I咖啡杯上的斯特林发动机(/site/entry/24084402)3m!Q'w:m6U7h6Z8F3@6y'~%K.P;O;{5w%P*v 我爱模型玩家论坛3d&y"~$J-H%N)i/k'z6\!l'W"V:P (L这种“热回声”式斯特林发动机里的钢丝刷起冷热交换作用,W1R6{+M#g,o(U(H)V,C%Q*[,J%}3C)['h)z'H.})L7T7m4_6h$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。
manson 发动机的玻璃上有打孔(见下图),玻璃的切割和打孔很简单,甚至简单过金属的切断,没想象的那么难,我是夹在车床上用金刚砂轮切割,打孔是用小台钻夹上下面照片中塑料盒里的金刚砂魔头打孔,几分钟就完成。
后听人介绍有玻璃钻头买,下图是3,4,5,6mm的玻璃钻头。
加工玻璃时要加水,防止玻璃粉尘飞舞注射器上打的孔 我爱模型玩家论坛:k#](U:W4I9P7D-?5w5m3d0N/@'| 我爱模型玩家论坛6H)];c:R,r,w%V8i6V6Imanson发动机内部结构后视,注意气缸(注射器管)上有孔manson发动机前视原理解释:此发动机有两个冲程,且都是做功冲程。
自制斯特林发动机模型
下面有我说制作斯特林的方法和材料。
一、需准备易拉罐、光盘若干、收音机天线、手套或气球、PVC管或是铜铁铝管都行、密度高的泡沫或耐高温轻便材料等、A B胶哥俩好。
二、制作热置换活塞和热置换汽缸
首先测量你准备易拉罐的大小,在确定热置换活塞大小(我用的是普通泡沫做活塞在上下都加有铁皮),总而言之热置换活塞的直径比汽缸直径小几毫米只要两着不接触就行。
制作热置换汽缸,我建议易拉罐越大或越小为好,露露八宝粥都不好弄。
我是以比八宝粥略大的制作的。
三、天线是干啥的呢聪明人一想便知,是制作热置换活塞引导杆的。
只用顶端第一和第二节,把里面的小通片去掉。
第二节只要上部两厘米左
右做引导管。
四、制作动力活塞
我还是建议有朋友会车床的话,撤一个动力活塞。
因为除了注射器好像没有什麽更合适的了,我使用手套和一节PVC管制做的。
五、制作连杆和飞轮
这些应该都和简单我就不说了,可根据自己现有的东西制作。
透明斯特林发动机模型的制作方法
透明斯特林发动机模型的制作方法作者:陈鹏辉来源:《神州·上旬刊》2013年第05期这个透明斯特林发动机是本人参加石家庄市第十六届自制教、玩具评选活动所制作使用的教具,并获得石家庄市市级一等奖。
现将教具的特点、用途以及制作过程介绍如下:低温差斯特林发动机一、装置图和各部件名称二、特点与用途:1、这台斯特林发动机模型是“低温差外热式斯特林发动机”采用透明塑料杯做为热置换气缸。
透明的结构,便于观察,一目了然,结实耐用,安全可靠。
它依靠封闭在气缸内的气体热胀冷缩产生的力工作。
这种利用气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的发动机,是伦敦的牧师罗伯特斯特林(Robert Stirling)于1816年发明的,所以命名为“斯特林发动机”(Stirling engine)。
与蒸汽机相比,蒸汽机工作时的工作介质是水,而它不需要高压水蒸汽和消耗水,它的工作介质就是空气,并且是密封在机体内的,没有任何消耗。
与内燃机相比,它不产生爆燃,不象内燃机那样爆炸燃烧,对机体的损害小,噪音低,没有吸排气装置,因此制作容易,成本低廉,安全环保,结构简单也便于维护。
由于采用外热式工作,可以使用各种能源,比如太阳能,地热能等清洁能源。
2、本教具适合用于热机教学,作为热机教学内容的知识拓展和辅助教具是很合适的,具有活塞、曲轴、连杆、热源等热机的基本要素,为学生学习课本中的内燃机知识提供了可以真实工作的教学实物。
非常适合课堂教学和作为学生课外活动科技制作项目。
三、使用的主要材料及估计:塑料杯矿泉水瓶盖铁皮泡沫塑料气球自行车辐条细钢丝空芯螺丝等材料40元价值200元外协项目及估价:空芯螺丝 10元四、制作方法:热置换气缸和热置换活塞的制作。
超市购买600毫升直筒形耐高温透明塑料作为热置换气缸缸体。
用电脑包装箱内的有弹性的泡沫塑料制作热置换活塞,使用电热切割器把泡沫塑料切割成一个圆柱体,直径比所选塑料杯内径小5毫米,长度是塑料杯内部高度的三分之二。
斯特林发动机模型制作教程
自制简易斯特林发动机吉林省松原市前郭县教师进修学校刘文白斯特林发动机,又称作外燃式发动机。
与传统的蒸汽机和内燃机相比,它没有复杂的配气系统,能使用各种能源。
它的工作介质(一般就是空气)在封闭的气缸内往复流动,既不象蒸汽机那样需要高压水蒸汽和消耗水,也不象内燃机那样爆炸燃烧,因此制作容易,成本低廉,安全环保,作为热机教学的辅助教具是很合适的。
制成的简易斯特林发动机实物图如图一,工作原理请参看图二和图三。
图1 实物图图2 斯特林发动机剖面图①热置换气缸②热置换活塞③动力气缸④动力活塞⑤支架⑥曲轴⑦飞轮图3 斯特林发动机工作过程材料和工具:铁制八宝粥易拉罐3个。
自行车辐条3根,要求辐条帽能在辐条杆上自由滑动。
空牙膏管一个。
废旧的光盘3张。
气球一个。
有韧性的泡沫塑料一块(如拖鞋底)。
大头针一个,直径2毫米铁丝20厘米。
透明胶布。
废圆珠笔管。
使用的工具为钳子,剪刀,电烙铁和焊锡(也可以使用二合一强力胶),锥子或钻,直尺,圆规。
制作方法:本设计使用的是八宝粥罐易拉罐,因为它的开口是一个大圆形,而饮料易拉罐的开口较小,需要扩口。
文中所给尺寸没有严格要求,并尽量说明设计原理,以便读者可以用其它容器自行设计制作。
一、加工支架易拉罐取一个易拉罐,在距罐口2厘米处左右对称地钻两个孔,孔的直径略大于自行车辐条的直径。
这两个孔是曲轴主轴(参见图1图2图5)运转孔。
在此易拉罐的底部正中钻一个孔,插入自行车辐条帽。
为了保证辐条帽的螺孔和易拉罐的轴心同心,在易拉罐塑料盖的中心扎一个小孔,盖在罐口。
用一根辐条穿过辐条帽,再从塑料盖的小孔伸出,用电烙铁将辐条帽和罐底焊在一起。
见图4。
此孔是热置换活塞杆滑道。
图4 支架易拉罐底部图二、制作热置换气缸和动力气缸1.作热置换气缸。
在另一个易拉罐壁距罐口4厘米处扎一个直径4毫米左右的孔。
此孔最好用钳子夹住短锥子从罐内向罐外钻,钻好后毛刺朝处,不必处理。
如果从罐内向罐外钻,钻好后毛刺朝内,就要进一步处理,直至罐内壁平整光滑。
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制作热声效应斯特林引擎十九世纪的吹玻璃工人,偶尔会听到被加热的玻璃管自然发出神秘的单音,这令人费解的声音其实是热机的另一种输出形式。
一般的引擎以转动的形式输出能量;声音也具有能量,只不过以空气作为传递的媒介。
热声效应的原理空气振动形成声音,声音发生时,为方便讨论,将传播声音的空气分成无数小块空气,应用牛顿力学来分析空气振动的情形,会得到声音的波动方程式,此方程式的解显示:声音传播时,各个小块空气都会发生膨胀收缩和位移。
如果小块空气被压缩后,再被加热膨胀,对周围空气作较大的正功;之后这小块空气又先被冷却,再被压缩,作较小的负功 (周围空气对这小块空气作较小的功) 。
虽然这小块空气并非对活塞或涡轮作功,而是对周围空气作功,事实上也完成了工作流体加热后膨胀,冷却后被压缩的热机循环,把热能转换成声音振动的能量,增加声音的强度,此即所谓“热声效应”。
凡是利用工作流体在冷、热区间移动,执行压缩的工作流体经加热而膨胀作正功,膨胀后先冷却再压缩作负功的热机循环,这样的机构都被归类为斯特林引擎。
利用热声效应把热能转换成机械能的装置,也就称为热声效应斯特林引擎(thermoacoustics stirling heat engine) ,热声效应斯特林引擎大致可分为驻波(standing wave)和行波(traveling wave)两种。
驻波型斯特林引擎的作功原理驻波型斯特林引擎,基本上是一端闭口,一端开口的管状共振腔,在共振腔内近闭口端装有热片堆(stack),热片堆中有许多平行共振腔轴向的密集穿孔。
热片堆在靠近闭端温度较高,另一端温度较低,于是延共振腔轴向的温度梯度(temperature gradient)相当大。
当驻波发生时,热堆片穿孔中的各小块空气(工作流体)向闭口端位移,而被压缩,同时移向热片堆较高温处,该小块空气在热穿透深度(thermal penetration depth)以内的部分,会被热片堆加热,使得温度升高,随即膨胀对周围空气做较大的正功,驻波的能量于是加大,小块空气也随着膨胀,同时移至热片堆的冷端,当能量增加的驻波再度压缩这小块空气时,此小块空气已先被较低温的热片堆冷却,只消耗较少的声波能量即可被压缩。
于是,热能便不断地变成驻波的能量。
动手做驻波型斯特林引擎本文介绍一种驻波型热声效应斯特林引擎的制作方法,所需材料都是一般实验室常见的东西:一、内径2cm、长22cm试管一支。
二、直径0.25~0.4mm的镍铬线和直径0.8mm的漆包线。
三、内径1~1.2mm玻璃毛细管。
四、AB胶及胶带等。
五、木材、螺丝钉等。
另外还须要准备电源供应器。
本实验的电源供应器最好选择能大范围调整电压和电流的类型。
首先将玻璃毛细管切成约2~3公分长,再用AB胶黏成一束(图一),裁切玻璃管时需留意切口锋利伤人。
玻璃毛细管束要能轻松塞入试管中,并且注意AB 胶不要堵住毛细管口,玻璃毛细管束于是构成许多轴向穿孔(图二) ,AB 胶黏合处尽可能靠近玻璃毛细管束的一端 (不须整支毛细管都涂满AB胶) ,在另一端,缠绕镍铬线 (图三)。
先将漆包线与镍铬线连接处的漆刮除后,镍铬线两端分别连接漆包线,确保镍铬线和漆包线能导通。
再用蓝色胶带将漆包线裹在玻璃毛细管束上,避免漆包线拉扯镍铬线或镍铬线松脱。
图一:黏结完成的玻璃毛细管束。
图二:玻璃毛细管构成许多轴向穿孔。
图三:玻璃毛细管束的一端缠绕镍铬线。
用木材制作一具简易的支架,以适当方式将试管置于支架上,将一端缠绕镍铬线的玻璃毛线管置于试管中,导通镍铬线两端的漆包线从试管口伸出即可。
玻璃毛细管用镍铬线加热的那头向着试管封闭的底部,玻璃毛细管加热区域的位置,大约在靠近试管底部三分之一试管总长度的地方(图四) 。
图四:玻璃毛细管束的加热区靠近试管底部约三分之一处。
自制斯特林引擎的操作操作时需加热,试管内外的温度都可能很高,务必小心,以免烫伤。
先把电源供应器的电压调到最小,用鳄鱼夹接通电源供应器的输出端和两条从试管伸出的漆包线 (图五)。
逐渐调高电源供应器的电压,透过试管可以看到缠在玻璃毛细管一端的镍铬线开始发出暗红色的光,再调高电源供应器的输出功率,使镍铬线发出亮橘色的光(急速再升温)(图六)。
注意不可使镍铬线发出白炽的亮光,否则镍铬线可能烧断。
再稍等约十秒钟,试管就发出很响的单音。
图五:电源供应器提供电力使镍铬线加热。
图六:从镍铬线发光的颜色和亮度,可大致判断镍铬线的温度。
如果一直未发出声响,可从试管垂直的方向,对试管口大力地吹口气,或在试管口附近鼓掌,诱发热声效应。
通常如果对着空的试管这样吹气,就会像吹排笛时而发出的单音一般,试管只会发出声音,但试管内放入一端加热的毛细管束制成的热片堆,试管发出的声音就会有好似回音一般的声音,持续一段时间,这表示整个实验装置完全正确,热声效应也正常发生。
此时再稍提高电源供应器的输出电压使镍铬线温度升高,试管就会持续发出相当响的声音了;或者也可经过更急热的程序︰先关掉电源,待其冷却二十分钟,再打开电源急速升温,试管不久也会发出响声。
热声效应引擎的改良与展望驻波型热声斯特林引擎的工作流体,并未完全符合热机循环的过程,所以效率较低。
1998年左右C. M. de Blok等人发明行波型热声斯特林引擎,使其工作流体更合乎热机循环的方式,将热能转换成声音的能量,有效提高热声效应斯特林引擎的效率。
热声效应斯特林引擎是一项新的能源技术,可以使用多元能源作为动力,目前美国和中国在此领域有较出色的研究成果,所产生的声波可用来推动热声致冷机液化气体或冷却电子设备,也可用来发电双缸斯特林引擎发电——极客迷()在偏远地区,收听广播可能是唯一的娱乐,也是与文明世界沟通的管道,但偏远地区常无电力供应,甚至连电池都难以取得。
虽收音机本身轻巧耐用,因缺乏适当的电力,收听广播变得十分麻烦,于是有人就想到利用发条经变速齿轮驱动微型发电机,提供收音机所需微不足道的电力。
斯特林引擎在某些场合也具有类似的功能,尽管至今为止小型轻巧的斯特林引擎之输出功率,仍无法与尺寸相仿的内燃机匹敌(极其微小的斯特林引擎与同尺寸内燃机之比较,又另当别论),就收音机或小型照明设备而言,斯特林引擎之输出功率却恰到好处,并且具有燃料多元化、安静、污染少、构造简单耐用、保养方便等优点。
玻璃制的透明斯特林引擎作为教具,固然可以寓教于乐,令学生印象深刻,但如果能进一步利用斯特林引擎作为动力,制作相关的动力机械,例如,装配一辆汽车模型(注一),或驱动发电机发电,并以此电力驱动小功率电器,除了完整介绍引擎之原理、构造和用途,更能演示热学原理、能量守恒原理、发电机负载原理,使斯特林引擎教具不但在高中、大学之物理学教学有用,也能应用在技职课程之教学和科普教育。
本文介绍这一部双缸水平并卧透明试管引擎发电设备,由两具特别设计的斯特林引擎(注二)组合而成,其内部构造和运转情形一目了然。
尽管乍见其外观(图一),构造似乎有些复杂,装配过程好像颇棘手,但其独特的设计已降低了精度的要求,不难成功自制,正适合有兴趣的读者大显身手。
图一:试管引擎的实物照片,摄于2004年4 月14 日。
一、自制这款引擎所需的材料:1. 外径1.85 cm、内径1.7 cm 的试管二个,外径1.63 cm,内径1.45 cm 的试管二个(化学实验室或玻璃仪器行一定有,价格各约二、三十元台币);2. 粗约0.4 mm(0.016 号)的吉他钢弦(乐器行有售,35 元一条);3. 长约16 cm,横截面2×3 mm2 的铝杆二支;4. 玻璃毛细管(外径5.8 mm,内径0. 45mm,学校实验室找得到);5. 直径1.5 mm,长10 cm 的钢棒两根(就是尚未攻牙的钻头,钻头工厂有卖);6. 内径1.3 cm,长约7cm 的玻璃管二个;7. 内径8 mm 的玻璃管;8. 内径2.2 mm,长约20 cm 的橡皮管;9. 内径15 mm,长约20 cm 的铝棒一根;10. 直径20 mm,长约20 cm 的PE 棒(以上五项,台北市太原路都找得到);11. 白杨木条若干(五金行有售)。
二、自制附属发电机所需的材料:1. 直径0.3 mm 的漆包线80 m;2. 直径3 cm,厚6 mm 的铷铁硼稀土磁铁(俗称强力磁铁)两块。
3. 双面胶。
三、所需的工具:小型车床和钻床、钻石轮锯(五金工具行有售,售价仅台币数百元);美工刀、砂纸;AB 胶、热熔胶等。
四、纯手工装配的制程:图一为本车的全貌,双缸水平并卧,以95度药用酒精为燃料。
利用具有弹性的吉他琴钢弦,经内径很细(约0.4 mm)的玻璃毛细管伸入试管制成的温差气室中,牵移其中以较小试管制成的移气胴体,借着空气的黏滞性达到很好的气密效果。
汽缸为内径1.3 cm,长7 cm 的玻璃管,活塞以铝棒车制;吉他钢弦连接白杨木制移气连杆的部位,又受一内径8 mm 的玻璃管局限,俾能确保高转速时引擎之正常运转。
装配时,车体大致可分为五大部分:(一)铝制活塞和玻璃管构成的汽缸;(二)套合大小两试管构成的温差气室;(三)曲轴和轴承组件;(四)发电机;(五)发光二极管负载。
首先,用白杨木制成H 型支架,支架上方有两PE棒车成的轴承,两块直径3cm,厚6mm的铷铁硼稀土磁铁,夹在直径1.5 mm,长10 cm的钢棒中段,此稀土磁铁兼有发电机转子和飞轮的功能,钢棒作为转轴置于轴承中,转轴两端分别装上由白杨木制成的曲柄,两曲柄的相对角度可以随意,把另一根直径1.5mm 的钢棒锯成两截,各长2.5 cm,作为曲轴,曲轴装在曲柄上。
整个H 型支架安装在木板底座上(图二)。
图二:白杨木制成H型支架,支架上方有两PE棒车成的轴承,转轴两端分别装有白杨木制成的曲柄和钢棒曲轴。
选用两支内径1.3 cm,长约7.0 cm的玻璃圆管,作为汽缸。
再将直径约1.5 cm的铝棒,车成恰可在汽缸中滑动的活塞,活塞长2.5 至4.0 cm。
用钻头将此活塞中心掏出一个直径约0.9 cm 的圆穴,使此活塞成为圆柱形杯状物(图三)。
图三:铝制活塞、玻璃汽缸和铝制动力连杆的特写镜头,活塞和动力连杆以习用方式连接。
在圆穴中塞入一支PE制成的小圆管,此小圆管横向穿有一小截直径1.0 mm 的钢棒,作为活塞插销,将其穿过铝制动力连杆一端的小孔。
动力连杆长约8cm,横截面2×3 mm2,被充分镂空,一方面保留其强度和刚性,另一方面减轻其重量,动力连杆另一端的小孔套在曲轴上。
两个汽缸下方都以适当大小的PE棒制成的杯状物塞住,此PE杯状物杯口朝向汽缸,侧面钻一小孔恰容内径2.2mm的橡皮管塞入,两个汽缸都位于转轴两端之曲柄下方,用AB 胶垂直黏在木板底座上(图四)。
图四:两个汽缸都位于转轴两端曲柄下方,用AB胶垂直黏在木板底座上。