斯特林发动机原理图解
斯特林发动机原理图解(经典)
斯特林发动机原理图解2010-02-10 18:53如图1 把橡皮绑在容器口上，我们能容易瞭解到受热时橡皮会膨胀(图2)，冷却时橡皮会缩收(图3)，这是加热时，内部气体压力作用在橡皮上(图2)，当然人的眼睛是无法看到气体压力的。
A2移气器如果我们放入一个移气器(Displacer)到容器内(图4)，而这个移气器的直径比容器的内径小一些，当移气器自由上下移动时，即可以把容器内的气体挤下或挤上。
这个时候，如果我们在容器底端加热，而在容器上端冷却，使上下两端具有足够的温差，即可看见此时橡皮会不断膨胀及收缩。
其原理如下：当移气器上移，容器内的气体被挤至容器底端，此时由於容器底端加热，因此气体受热，压力变大，此压力经由活塞与容器间的空隙传到橡皮，使得橡皮会膨胀(图5)。
相反的，若施以适当的力量把移气器下移，则容器内的气体被挤至容器上端，此时由於容器上端為冷却区，因此气体被冷却，使气体温度降低，压力变小，而使得橡皮会缩收(图5)。
如此，不断使移气器自由上下移动，即可看见此时橡皮会不断膨胀及收缩。
由此，可知移气器的功用主要在於移动气体，使气体在冷热两端之间来回流动。
国立成功大学航太系郑金祥教授把Displacer 命名為”移气器”，实在更為贴切，也比较不容易混淆，比较不会使人误以為它的作用跟输出功率的动力活塞一样。
A3 曲柄机构要让移气器上下移动，只要将移气器与一曲轴连结(图6) 。
当曲轴旋转时，移气器就会被带上及带下。
将移气器与曲轴连结完毕之后，在容器底端加热上端冷却，只要用手转动曲轴，使得移气器移上及移下，此时橡皮便会重复膨胀及收缩(图7)。
A4 动力活塞橡皮的膨胀及收缩运动，可以转换為动力输出，此时，橡皮的作用即如同一动力活塞。
我们可以另加一根连桿接到上述的曲轴上，便可将橡皮的膨胀及收缩运动转换為曲轴的旋转运动。
连接到移气器的曲轴部位与连接到动力活塞的曲轴部位必须呈固定的角度差，一般是90度(图8,9)。
斯特林发动机实验原理
斯特林发动机实验原理斯特林发动机是一种热机，它利用燃烧产生的热能来产生机械功，而不像内燃机那样利用高温与低温之间的热差来产生机械功。
和内燃机相比，斯特林发动机的热效率更高，因此在一些特殊应用，如低温环境或需要长时间运行的应用中得到了广泛的应用。
斯特林发动机的工作原理是通过一个循环过程将热能转化为机械能。
这个循环过程包括以下几个步骤：1. 加热气体：在发动机内部有一个热源（例如一个火炉），它加热气体（通常是氢气或氮气），使气体温度升高。
2. 膨胀气体：加热后的气体进入一个气缸，气缸外围有一个活塞，气体膨胀时会推动活塞向外运动。
3. 冷却气体：气缸的另一侧与一个冷源相连，使气体冷却并收缩。
4. 压缩气体：冷却并收缩后的气体由于压力下降而吸回活塞，回到第一步重新开始循环。
斯特林发动机的实验可以通过以下几个步骤进行：1. 组装：将实验所需的斯特林发动机装配起来，通常包括一个气缸、活塞、曲轴和连接杆。
2. 准备：在发动机中加入气体（如氢气或氮气），并将热源放置在适当位置，以便将气体加热。
3. 启动：点燃热源，加热气体，使气体膨胀并推动活塞运动，从而带动曲轴旋转。
4. 测试：测量发动机的性能参数，例如产生的功率和效率。
可以通过改变热源的位置、调整气缸的尺寸和形状来改变发动机的性能。
5. 分析：分析实验结果并推导出发动机的工作原理和性能规律。
可以通过理论分析和数值计算来验证实验结果，进一步深入理解斯特林发动机的工作原理。
斯特林发动机的优点在于高效、低污染和可靠性高，但也存在一些局限性，例如需要较长的启动时间、重量较大、体积较大等。
随着技术的不断发展，一些新型斯特林发动机已经解决了这些问题，并在特定领域得到了广泛应用。
为了进一步提高斯特林发动机的性能，研究人员开发了许多改进器件和技术，例如：1. 调节调速器：将变速器安装在斯特林发动机上，可以更好地控制发动机的转速，从而提高其效率和性能。
2. 节流阀：通过使用节流阀可以调节发动机的输出功率，从而在运行时节省燃料和能源，同时也能降低机械部件的磨损和维护成本。
斯特林发动机工作原理
斯特林发动机工作原理
斯特林发动机是一种外燃循环热力机。
下面将详细介绍斯特林发动机的工作原理。
斯特林发动机利用气体的膨胀和压缩来进行能量转换。
它由一个密封的气缸和一个活塞组成。
气缸内分为高温区和低温区，两个区域之间通过一个反射器连接。
在气缸的一端，有一个热源，例如燃烧炉或太阳能反射板，可以提供高温。
在另一端，则有一个冷源，例如水冷器或气体冷却器，可以提供低温。
工作循环如下：
1. 活塞向热源一侧移动，使气缸内的气体接触到高温区。
这时，气体受热膨胀，压力增加，推动活塞向另一侧移动。
2. 活塞移动到最左边时，与反射器接触，将气体排到低温区。
在低温区，气体被冷却，压力下降，活塞继续向右移动。
3. 活塞移动到最右边时，与反射器再次接触，将气体推回到高温区。
这个过程中，气体再次受热膨胀，压力再次增加，推动活塞返回起始位置。
4. 活塞返回起始位置后，循环开始新一轮的工作。
斯特林发动机的原理在于利用气体的热膨胀和压缩产生功。
通过不断循环的过程，发动机可以将热能转化为机械能。
由于气体在热膨胀和压缩过程中的温度差异较大，斯特林发动机的热效率相对较高。
斯特林发动机的优点包括低噪音、低振动、可使用多种燃料等。
然而，它的启动速度较慢，成本较高，并且对于重量和体积要求较高。
因此，目前斯特林发动机主要应用于一些需要高效率和可靠性的特定领域，如航天、海洋和军事等。
斯特林发动机原理
斯特林发动机原理
斯特林发动机是一种热力循环发动机，使用气体的等温和等容过程来实现能量转换。
其原理基于一种封闭循环的系统，通过燃烧和膨胀过程将热能转化为机械能。
斯特林发动机的核心是由两个不同温度的热源、两个可逆膨胀机（活塞式活塞和制冷剂）以及一个工作气体组成的封闭系统。
工作气体在两个活塞之间进行循环往复运动，而两个热源则以周期性地提供热能和吸热来驱动气体的运动。
具体来说，斯特林发动机的工作过程如下：
1. 热源1提供热能使气体加热，气体的温度和压力升高。
2. 气体被推入到活塞式活塞中，使其向外做功。
3. 活塞式活塞的运动使气体冷却，并被推入到制冷剂中。
4. 制冷剂吸收热能使气体冷却，气体的温度和压力降低。
5. 冷却后的气体被推回到活塞式活塞中，准备进行下一次循环。
通过这样的循环，斯特林发动机能够将热能转化为机械能，实现动力输出。
相比于传统的内燃机，斯特林发动机具有以下优点：
1. 高效率：斯特林发动机的热效率高，能够更充分地利用热能。
2. 清洁环保：斯特林发动机使用的是闭合的工作气体系统，与外界没有直接的接触，因此排放的废气相对较少，更环保。
3. 低噪音：斯特林发动机的工作过程相对平稳，噪音较低，适用于噪音敏感的应用场景。
尽管斯特林发动机在一些特定领域有应用，如太阳能发电和航空航天等，但由于其体积较大、重量较重，并且在高速运动条件下效率较低，限制了其在汽车等领域的广泛应用。
然而，随着技术的不断发展和改进，斯特林发动机仍有望在特定领域展现出更大的潜力。
斯特林发动机类型
三种基本类型
斯特林发动机主要由压缩腔、加热器、回热器、冷却器和膨胀腔组成,根据工作空间和回热器的配置方式上,可以分为,和三种基本类型,如图1所示[5]。
型斯特林发动机的结构最简单,加热器、回热器、冷却器两侧配备了热活塞和冷活塞,热活塞负责工质的膨胀,冷活塞负责工质的压缩,当工质全部进入其中一个汽缸时,一个活塞固定,另一个活塞压缩或膨胀工质。
型斯特林发动机在同一个汽缸中配备了配气活塞和动力活塞,配气活塞负责驱动工质在加热器、回热器和冷却器之间流通;动力活塞负责工质的压缩和膨胀,当工质在冷区时压缩工质,当工质在热区时让工质膨胀。
型斯特林发动机的动力活塞和配气活塞分别处于配气汽缸和动力汽缸内,配气活塞同样负责驱动工质流通,动力活塞单独完成工质的压缩和膨胀
工作。
理论上, 型双作用的斯特林发动机具有最高的机械效率,并且有很好的自增压效果
[5-6]。
(a)型斯特林发动机
(b)型斯特林发动机
(c)型斯特林发动机
图1斯特林发动机三种基本类型的结构图
3分析方法
在斯特林发动机中,工质被密封在一个闭合回路中,在活塞的作用下经历等温压缩、等容吸热、等温膨胀和等容冷却四个过程完成一个循环,这就是斯特林循环,理想斯特林循环的P V图和T S见图2和图3。
马提尼根据对问题分析的深度将文献中的斯特林发动机性能分析方法分为零级到四级5个级别[7-8]。
零级分析法不对斯特林循环进行分析,仅根据斯特林发动机的实验结果,归纳总结斯特林发动机性能的经验关系式,只能用于定性分析,不适合做。
STL-M史特林热机斯特林发动机工作原理
STL-M史特林热机(斯特林发动机)工作原理物理演示厅有一个奇怪的设备，下面是一个圆盘，上面是一个大轮子。
奇怪的是，当你在原盘下面放上一杯热水甚至有时候用手托着原盘，它上面的轮子就会呼呼的转，这是为什么呢？到底是什么东西给轮子提供了动力？？！想要了解它就请继续往下看吧，效率秒杀内燃机的发动机——斯特林发动机！物理背景卡诺循环(Carnot cycle) 是只有两个热源（一个高温热源温度T1和一个低温热源温度T2）的简单循环。
由于工作物质只能与两个热源交换热量，所以可逆的卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。
卡诺循环是由法国工程师尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺于1824年提出的，以分析热机的工作过程，卡诺循环包括四个步骤：可逆定温吸热，可逆绝热膨胀，可逆定温放热，可逆绝热压缩。
即理想气体从状态1（P1，V1，T1）定温吸热到状态2（P2，V2，T2），再从状态2绝热膨胀到状态3（P3，V3，T3），此后，从状态3定温放热到状态4（P4，V4，T4），最后从状态4绝热压缩回到状态1。
这种由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程所构成的循环称为卡诺循环。
通过热力学相关定理我们可以得出，卡诺循环的效率ηc=1-T2/T1，由此可以看出，卡诺循环卡诺循环的效率只与两个热源的热力学温度有关，如果高温热源的温度T1愈高，低温热源的温度T2愈低，则卡诺循环的效率愈高。
因为不能获得T1→∞的高温热源或T2=0K（-273℃）的低温热源，所以，卡诺循环的效率必定小于1。
正卡诺循环的热经济指标用卡诺循环热效率ηt表示：结构简介外燃机：斯特林发动机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。
斯特林发动机
制造材料与工艺
制造材料
斯特林发动机主要使用耐高温、耐腐 蚀、高强度的金属材料，如不锈钢、 钛合金等。
制造工艺
斯特林发动机的制造工艺主要包括精 密铸造、机械加工、焊接和装配等环 节，每个环节都对精度和质量要求极 高。
维护与保养
定期检查
定期对斯特林发动机进行检查，包括气缸、活塞、曲轴等关 键部件，确保其正常运转。
能源的高效转化。
移动设备
斯特林发动机可用于汽车、船。
分布式能源
斯特林发动机可作为分布式能 源系统的一部分，为偏远地区 或离网地区提供电力和热能。
制冷与空调
斯特林发动机可用于制冷、空 调等领域的热力循环，提高系
统效率和环保性能。
02 斯特林发动机的工作原理
热力学基础
1 2 3
热力学第一定律
能量守恒定律，表明能量不能从无中生出，也不 能消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第二定律
表明在封闭系统中，熵（无序程度）总是增加的， 即热量总是自发地从高温流向低温，而不是反过 来。
理想气体定律
描述了理想气体的状态如何随温度和压力变化。
斯特林循环
斯特林循环由四个主要 过程组成：压缩、加热、
移动能源应用
开发适用于交通工具的斯特林发动机，如电动汽 车、无人机等，提供清洁能源解决方案。
船舶与海洋工程
将斯特林发动机应用于船舶推进和海洋工程领域， 降低碳排放和噪音污染。
未来发展趋势与挑战
可持续发展需求
随着全球对可持续发展的关注度 提高，斯特林发动机作为清洁能 源解决方案之一，将面临更大的 市场需求和发展机遇。
清洁与润滑
保持斯特林发动机的清洁，定期更换润滑油，以减少磨损和 延长使用寿命。
AIP发动机原理图
AIP发动机原理图潜水艇对动力系统的要求,非常苛刻.即要有强大的动力.更要能非常的安安静静.尽量是无声.AIP 发动机就是这样的发动机.再加上燃料电池驱动.更是完美的搭配.因为到目前为止.除了声纳探测可发现水下潜艇.还未有真正的探测技术,能发现潜艇.所以中国潜艇在日本近海.能驶到美国航空母舰的身边浮出水面,才被老美发现.当然那是故意叫老美知道."请不要在我家门口耀武扬威"!AIP发动机原理图斯特林发动机系统斯特林发动机（SE/AIP）系统与闭式循环柴油机系统大致相同，最主要的不同就是发动机。
SE/AIP系统使用的是热气机，而CCD/AIP系统使用的是闭式循环柴油机。
热气机的构想是英国科学家罗伯特·斯特林于1816年率先提出来的，它是一种由外部热源加热，并将热能转换为机械能的热机，其循环是一种闭式、采用定容下回热的气体循环，简称斯特林循环，其具体工作原理是：斯特林发动机的活塞上室为热室，它与另一活塞的下室相连，四个缸相互连接在一起，具体的是1号缸上部的热室与2号缸下部的冷室相连，2号缸上部的热室与3号缸下部的冷室相连，3号缸上部的热室与4号缸下部的冷室相连，4号缸上部的热室与1号缸下部的冷室相连，互相差90°角。
它们使工作气体在热室和冷室之间来回移动，使活塞运动并带动曲柄转动。
斯特林发动机主要是在水下续航状态下工作，与蓄电池并联，向推进电机、全艇辅机及其他用电设备供电。
技术实现的难点和重点主要在于斯特林发动机的水下燃烧系统，因为该系统所使用的氧化剂是纯氧，燃烧方式为燃气再循环，并且是在高于周围海水压力的高压情况下进行燃烧。
主要技术优点机械噪声与振动较小。
因为斯特林发动机是一种从外部对内部气体工质连续加热使之做功的活塞式往复发动机，燃烧过程中没有柴油机的爆燃现象，燃烧过程平稳，因此发动机的噪声与振动较小，但是有些斯特林发动机的部件依然采用往复式运动机械，所以在装备潜艇时仍要加装双层隔振系统以减小水下噪声。
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斯特林发动机原理图解
如图1 把橡皮绑在容器口上，我们能容易瞭解到受热时橡皮会膨胀(图2)，冷却时橡皮会缩收(图3)，这是加热时，内部气体压力作用在橡皮上(图2)，当然人的眼睛是无法看到气体压力的。
A2移气器
如果我们放入一个移气器(Displacer)到容器内(图4)，而这个移气器的直径比容器的内径小一些，当移气器自由上下移动时，即可以把容器内的气体挤下或挤上。
这个时候，如果我们在容器底端加热，而在容器上端冷却，使上下两端具有足够的温差，即可看见此时橡皮会不断膨胀及收缩。
其原理如下：
当移气器上移，容器内的气体被挤至容器底端，此时由於容器底端加热，因此气体受热，压力变大，此压力经由活塞与容器间的空隙传到橡皮，使得橡皮会膨胀(图5)。
相反的，若施以适当的力量把移气器下移，则容器内的气体被挤至容器上端，此时由於容器上端為冷却区，因此气体被冷却，使气体温度降低，压力变小，而使得橡皮会缩收(图5)。
如此，不断使移气器自由上下移动，即可看见此时橡皮会不断膨胀及收缩。
由此，可知移气器的功用主要在於移动气体，使气体在冷热两端之间来回流动。
国立成功大学航太系郑金祥教授把 Displacer 命名為”移气器”，实在更為贴切，也比较不容易混淆，比较不会使人误以為它的作用跟输出功率的动力活塞一样。
A3 曲柄机构
要让移气器上下移动，只要将移气器与一曲轴连结(图6) 。
当曲轴旋转时，移气器就会被带上及带下。
将移气器与曲轴连结完毕之后，在容器底端加热上端冷却，只要用手转动曲轴，使得移气器移上及移下，此时橡皮便会重复膨胀及收缩(图7)。
A4 动力活塞
橡皮的膨胀及收缩运动，可以转换為动力输出，此时，橡皮的作用即如同一动力活塞。
我们可以另加一根连桿接到上述的曲轴上，便可将橡皮的膨胀及收缩运动转换為曲轴的旋转运动。
连接到移气器的曲轴部位与连接到动力活塞的曲轴部位必须呈固定的角度差，一般是90度(图8,9)。
橡皮的膨胀及缩收所產生的曲轴的旋转运动提供了移气器上下移动的力量，多餘的力量则可以输出。
必须注意的是，移气器本身不会动，而是被曲轴带动，动力来源是动力活塞。
為何相位角是 90 度?
如图 9 当移气器移到最顶点的位置时，底部加热空间最大，此时所產生的压力也最大，当移气器移到最底点的位置时，顶部冷却空间最大，此时所產生的压力也最小，如把动力活塞的曲柄连接到曲轴水平位置最远的地方时可產生最大的扭力，此时可看到连接到移气器的曲轴部位与连接到动力活塞的曲轴部位呈90度的角度差，该角度称為相位角。
曲柄连接到曲轴水平的位置也决定了引擎旋转方向。
上述的条件為静态环境的结果，当随著引擎的转速、负载、温度及使用气体的不同则会有不同的最佳相位角，一般以 90度作為通用的相位角。
A5 飞轮
如果只有上述的零件，引擎还是不能运转。
因為利用橡皮的膨胀或收缩 (图
8,9)，并无法让曲轴旋转一整圈。
因此，必须加上一个有旋转惯性的设备，即“飞轮”，才能达成连续的运转。
一般採用的飞轮，最常见的是圆形飞轮，如图10所示。
如果除了惯性需求外，还要考虑平衡问题，则在曲轴旋转面的另一端加一配重物充当飞轮，便可解决平衡问题(图11)。
B. 进阶篇
史特灵引擎是一种高效率的能量转换装置，系採用封闭气体循环（Closed gas cycle）及再生器（Regenerator）设计。
理论上，理想史特灵引擎的热效率(Thermal efficiency)与卡诺引擎(Carnot engine)相当，二者皆属可逆热机（Reversible cycle），具最高热力循环转换效率。
史特灵引擎的使用的工作气体可為高压之空气、氮气、氦气、或氢气。
一般而言，大致分為两种可能的配置：第一种配置利用一个动力活塞（Piston）压缩或膨胀气体，另利用一个移气器（Displacer）使工作气体在气缸内来回流动；第二种配置则不用移气器，完全利用两个活塞来达到压缩膨胀气体与来回驱赶气体的目的。
当气缸内部气体被驱赶至加热部而受热时，即因膨胀推动动力活塞而对外作功。