讲座斯特林发动机原理简介.1从卡诺循环说起卜诺循环是大家早已熟知的热力学中的理想循环,它是由四个相继发生的热力过程组成、、。的,即等温放热绝热压缩等温吸热和绝热膨胀由理论分析得知,在相同的温度界限内,。。采用卡诺循环的热机具有最高的热效率但是很遗憾,至今人们尚不能造出一台卡诺机然j而,一百多年来,卡诺定理却给人们指明了改进热机的方向,成为提离一切热和热效率的准绳,其意义早已超出了卡诺机本身的是否存在。如果用二个等容过程代替二个绝热过程,则由此得’r到的新循环由等温压缩、等容加热、等温膨胀、等容放热四个过程组成,如图1中的1一2一3一4一1所示。该循环在相同温限内可以得到比卡诺循环大得多的生巨功量,但热效率却比卡诺循环低,和汽油机采用的“奥V5!。、托循环”相近有鉴于此,苏格兰人罗伯特斯特林想到了采用回热器,以提高此循环的热效率。采用回热器时,在理想的情况下,把4一1定容放热过程放出的热能,按不同温度储存起来,而在2一3定容吸热过程中让工质依次吸收。于是在整个循环中,只有3一4等温吸热、1一2等温放热过程和外界有热交换,若回热完全成功的话,则这种有回热措施的理想循环,便和卡诺循环有同样的热效率,这就是热力学中阐述的概括性卡诺循环。这种有定客回热的概括性卡诺循环,因为是斯特林首先提出的,所以也常称为斯特林循环。采用正向斯特林循环工作的机器叫做斯特林发动机,或称为热气机;采用逆向斯特林循环工作的机器叫做斯特林制冷机或斯特林热泵。无论斯特林是正循环还是逆循环均可采用氢、氦、氮、空气、甘油等作为工质。由于斯特林发动机是外部燃烧闭式循环热机,理论热。、效率高,所以一百多年来,它始终吸引着广大热机工作者在新材料新技术不断发展而石油资源日益短缺的今日,能燃用多种类型燃烧的斯特林发动机又被各国政府及一些公司重新重视。显然,在斯特林循环中的等容回热过程,也可由其它回热过程所代替,织成新的循环,如用二个等压回热过程组成等等,在此不一一阐述。2.实现斯特林循环的理想方法实现斯特林循环的发动机有较多的结构型式,常见的有配气活塞式、双活塞式,自由活。塞式等类型现以双活塞式发动机为例提供一简化物理模型,说明实现斯特林循环的理想方法。参见图2,在一个装有对置活塞的气缸中设置有回热器,把气缸分成二个空间。其一称。、、为热缸,也叫膨胀缸,气缸中的活塞称为热缸活塞,热缸始终保持高温T;另一缸称为冷缸,也叫压缩缸,气缸中的活塞称为冷缸居二。,保低T。。回热器是由塞冷缸始终持温一般不,一、一,仁锈钢丝网片构成的多孔基体此处可抽象地认为几濡团熬币白“”,,它是一块热力海棉它交替地吸热或放热(l)‘‘l-~⋯工质进行周期往复流动时进行热交换。同时,为下一,,臀事分析问题方便起见假设回热器无轴向导热所傲黝.(卫、~。~以两端总维持温度梯度区宜⋯,}循环开始时冷缸活塞处于外止点,热缸活一二二鞭,廷〔3,,塞处于内止点紧靠回热器如图2中的1位置犷二石。粼所示此时,可认为工质全部集中在冷缸中,工一质的压力、温度均为最小值。等温压缩过程i一2热缸活塞在内止点厂习ji_预不动,冷缸活塞由外止点向内止点移动,热缸活}}。二塞和缸活之间成的上腔,由V;=V二冷塞形作{/‘一Z二。、。。,,门一一小到VV此时工压因压/,减质被缩缩亘,⋯而的热量缸壁境从而质产生通过传给环使工温套合{度保持不变。/l!等容加热过程2一3冷缸活塞运动到位置2以后,压力上升到p:,热缸活塞开始由内止\\点向外止点和冷缸活塞一起同步移动,以保持容积不变。工质通过回热器时吸热,温度上升到图2。二。。。T二,压力上升到Pm二此过程一直进行到冷缸活塞处于内止点,如图2中的3位置等温膨胀过程3一4冷缸活塞移动到3位置后,在内止点处不动,热缸活塞继续左移,工质在热缸中从外部热源一面吸热一面膨胀,从而保持温度不变,但工质压力因膨胀作功而下降。这个过程一直进行到热缸活塞移动至外止点,如图2中的4位置。从4位开始,冷塞和活塞同步右移,以工作腔各积等容放热过程4一1置缸活热缸。,,。工质从热缸进入冷缸工质通过回热器时依次把不同温度保持不变从而实现等容过程。二。。的热能传给回热器基体,工质的温度从T二下降到T二;这个过程一直进行到热缸活塞移。至内止点,冷缸活塞移到外止点,回复到1位置以上分析均是理想情况,当周而复始地进行上述四个热力过程时,便是理想斯特林循环。.3斯特林发动机的实际环循。理想循环是实际循环的高度概括和抽象,在实际工程中是不可能完全实现的。图3及图4为并列式及V型双活塞