DIY斯特林发动机设计制作原理
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动手制做动手制做------斯特林发动机模型
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
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)
1)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(Robert Stirling,1790
1790—
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
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
3,4,5,6mm 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3,4,5,6m 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?