斯特林引擎小车制作a复习课程.ppt

斯特林引擎小车创新设计竞赛 2 一 、意义 培养学生设计制作能力，树立创新设计思想 掌握Stirling引擎的工作原理，触发应用灵感 3 二 、目的 通过学习，设计与制作斯特林引擎模型，了解斯特林引擎的基本构成、工作原理和特点，实现将热能转换成机械动力的过程，将所学的机械设计和能量转换、机械制图方面的知识综合运用到斯特林引擎模型制作中去，培养学生的创新思维能力和实践动手能力，提高综合素质， 同时增加节能环保意识。 4 5 三 、斯特林引擎历史 斯特林引擎（Stirling engine），是一种外燃机，它是英国牧师罗伯特·斯特林在1861年发明的热气引擎。 6 三 、斯特林引擎历史 1807年George Cayley创造了第一台能实际工作的开式循环热气机 1816年Robert Stirling发明了闭式循环热气机 1851年John Ericssion制成了44.4kW的外燃式开式循环热气机 1853年制造了缸径4.26m的超大型热气机，总功率220kW，效率13%，装在2000T的明轮船上 1916年最后一台老式热气机出厂 7 四、斯特林引擎的现在 斯特林引擎在太阳能热发电领域“如日中天” 自从Robert Stirling于18世纪初发明斯特林循环以来，斯特林引擎的发展远不及内燃机等热机，但是，现在斯特林引擎在太阳能热发电领域又“如日中天”（华尔街日报语）。 8 10 五、斯特林引擎的概念 斯特林引擎是一种外燃（或外部加热）式闭式循环活塞式引擎，也称为热气机，其热力循环为斯特林循环。 各种燃料燃烧装置、太阳能、原子能、蓄热装置以及化学反应生成热装置等均可以成为其外部加热热源。 理论斯特林循环的循环热效率为卡诺效率，即是在一定的高温热源和低温热源之间工作的热机的最高效率。 斯特林引擎循环系统中工质压力变化平缓，循环压力比通常小于2，且没有充量更换，因而运转平稳安静。 11 斯特林循环 The Stirling cycle 斯特林循环 两个等温过程 两个等容过程 卡诺循环 两个等温过程 两个绝热过程 The Stirling cycle 12 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。 斯特林发动机是一种外燃机 13 外燃机优缺点 由于外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题，从而实现了高效率、低噪音、低污染和低运行成本。外燃机可以燃烧各种可燃气体，如：天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等，也可燃烧柴油、液化石油气等液体燃料，还可以燃烧木材，以及利用太阳能等。只要热腔达到700℃，设备即可做功运行，环境温度越低，发电效率越高。外燃机最大的优点是出力和效率不受海拔高度影响，非常适合于高海拔地区使用。 　　但是，斯特林发动机还有许多问题要解决，例如膨胀室、压缩室、加热器、冷却室、再生器等的成本高，热量损失是内燃发动机的2-3倍等。所以，还不能成为大批量使用的发动机。 　　斯特林发动机目前有报道，已经开始研究在计算机主板的散热风扇上使用，通过北桥芯片的发热来带动斯特林发动机，以此来给硬件降温。 14 15 已研发改良的的外燃机 改良的单缸斯特林发动机示意 45/boardfile/mil/20066/20060209083142.gif 　　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。 　　美国STM公司的民用25KW外燃机 　　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。配气活塞式热气机，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；双作用式热气机，每个气缸内只有一个活塞，兼起配气活塞和动力活塞的作用。各缸的上部为热腔，下部为冷腔。各热腔经加热器、回热器和冷却器与邻缸的下部冷腔连接，组成一个动力单元。 　　日本亲潮级潜艇使用的斯特林发动机原理图 　　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。 　　两缸外燃机工作原理 45/boardfile/mil/20066/20060209085020.gif 16 热气机的优点 与内燃机比较热气机所具备的优点： 　　适用于各种能源，无论是液态的、气态的或固态的燃料，当采用载热系统(如热管)间接加热时