斯特林发动机原理与制作
斯特林发动机的原理
斯特林发动机的原理1.热源和冷源：斯特林发动机需要一个热源和一个冷源。
热源可以是燃烧或其他方式提供的热能，冷源可以是环境空气或其他冷却介质。
2.活塞和气缸：斯特林发动机有两个气缸，每个气缸里面都有一个活塞。
一个气缸是高温气缸，另一个是低温气缸。
活塞在气缸中往复运动。
3.曲柄轴和连杆：两个活塞通过连杆和曲柄轴连接在一起。
当活塞运动时，连杆将活塞的直线运动转换为曲柄轴的旋转运动。
4.冷热交换器：冷热交换器是将高温气体和低温气体进行热交换的设备。
它使得高温气体变冷，低温气体变热。
1.排气：开始时，两个活塞都在底死点附近。
高温气缸中的活塞往上移动，低温气缸中的活塞往下移动。
这样做可以排出气缸中的残留气体。
2.加热：高温气缸中的活塞继续向上移动，低温气缸中的活塞继续向下移动。
在这个过程中，燃料会燃烧，释放热能。
热能通过冷热交换器传递到高温气缸中，使高温气体膨胀，增加了压力和温度。
3.膨胀：高温气体的膨胀推动高温气缸中的活塞向下移动，低温气缸中的活塞向上移动。
这样做可以将部分热能转化为机械能。
这个过程是斯特林发动机的主要工作过程。
4.冷却：在膨胀过程后，高温气体通过冷热交换器流向低温气缸，并将部分热能传递给低温气体。
高温气体冷却后，其压力和温度下降。
5.压缩：低温气缸中的活塞继续向上移动，高温气缸中的活塞继续向下移动，将气体压缩。
在这个过程中，低温气体会变得更加冷却，增加了低温气缸中的压力和温度。
整个循环在连续进行，不断地从热源吸收热量，并将部分热量转化为了机械能。
斯特林发动机不需要燃烧，因此没有火花塞和汽缸盖等部件，这使得它具有低噪音、低振动和无排放的优点。
然而，斯特林发动机的缺点是体积较大，重量较重，且启动时间较长。
它主要适用于需要长时间运行和低排放的应用场景，比如太空飞行器、潜艇和太阳能发电等领域。
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基于循环热力学原理的热机装置，利用两个不同温度的热源的热量差来产生功，其独特的工作原理和性能具有很大的优势和实用价值。
斯特林发动机的原理是利用两个不同温度的热源之间的温度差来产生热能转化为功。
它由气体循环系统和热源系统两部分组成。
气体循环系统包括一个工作空间、两个活塞和两个换热器，热源系统则包括一个高温热源和一个低温热源。
斯特林发动机的工作是先将活塞移动到离高温热源最近的位置，然后开启气门，让气体在工作空间中进行等温膨胀，此时气体吸收了高温热源的热量，产生功。
随后将活塞移动到离低温热源最近的位置，关闭气门，此时气体在工作空间中进行等温压缩，释放掉一部分热量，此时产生的功会较之前略微减少。
最后把活塞移回初始位置，再次开启气门，气体在工作空间中再次进行等温膨胀。
这个过程不断循环反复，将高温热源的热能转化为机械功输出。
斯特林发动机的效率取决于其工作流程中温度的变化，其中最高温度越接近高温热源，最低温度越接近低温热源，效率越高。
斯特林发动机的优点是实现高效率转换、稳定性好、操作安全可靠、环保无污染、耐久性强等。
它可以使用任何种类的热源，不像内燃机一样需要使用燃油或其他可燃制品，因此对环境的伤害较小。
此外，斯特林发动机还比其他类型的发动机更加耐用，因为它没有旋转部件或内部摩擦，所以不需要进行润滑。
由于斯特林发动机的工作原理独特，使其在各种环境和工况下都有着广阔的应用领域，如农村、山区以及船舶等地方的微型供电系统等。
总之，斯特林发动机是一种非常有潜力的发动机类型，具有许多优点，可以在从微型发电到大型电站等多个领域得到广泛的应用。
斯特林发动机设计要点
斯特林发动机设计要点
以斯特林发动机是一种热机，它利用热量转化为机械能。
它的设计要点包括以下几个方面：
1. 工作原理
以斯特林发动机的工作原理是基于热力学循环的。
它通过两个不同温度的热源之间的温差来产生动力。
在发动机中，气体在两个活塞之间循环，通过加热和冷却来产生压力差，从而驱动活塞运动，产生机械能。
2. 热源
以斯特林发动机需要两个热源，一个是高温热源，一个是低温热源。
高温热源可以是燃烧燃料产生的热能，低温热源可以是大气或水等自然界中的低温环境。
热源的选择对发动机的效率和性能有很大影响。
3. 活塞
以斯特林发动机中的活塞是发动机的核心部件，它通过压缩和膨胀气体来产生机械能。
活塞的设计需要考虑到气体的压力和温度变化，以及活塞的材料和结构强度等因素。
4. 热交换器
热交换器是以斯特林发动机中的另一个重要组成部分，它用于将高温热源和低温热源之间的热量传递。
热交换器的设计需要考虑到热量传递的效率和热损失的减少，以提高发动机的效率和性能。
5. 制冷系统
以斯特林发动机可以用于制冷系统，它可以将低温热源转化为制冷能力。
制冷系统的设计需要考虑到制冷效率和制冷能力，以及制冷系统的稳定性和可靠性等因素。
以斯特林发动机的设计要点包括工作原理、热源、活塞、热交换器和制冷系统等方面。
这些要点的合理设计可以提高发动机的效率和性能，使其在工业、航空、航天等领域得到广泛应用。
斯特林发动机机械效率
斯特林发动机机械效率斯特林发动机是一种热机，利用热量转化为机械能。
其基本工作原理是通过两个热交换器和一个活塞来实现的。
斯特林发动机的机械效率是指其能够将输入的热能转化为输出的机械能的比例。
本文将从斯特林发动机的基本原理、影响机械效率的因素以及提高机械效率的方法三个方面进行详细阐述。
一、斯特林发动机基本原理1.1 斯特林循环斯特林循环是指在恒定体积下进行的一种理想循环过程，它由四个过程组成：等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩。
在等温膨胀过程中，气体从低温热源吸收热量并膨胀；在绝热膨胀过程中，气体不断向高温热源移动，并且不断膨胀；在等温压缩过程中，气体向高温热源放出热量并且被压缩；在绝热压缩过程中，气体不断向低温热源移动，并且不断被压缩。
斯特林循环的效率可以通过卡诺循环效率公式来计算。
1.2 斯特林发动机原理斯特林发动机是基于斯特林循环的一种热机，其基本原理是利用两个热交换器和一个活塞来将输入的热能转化为输出的机械能。
在斯特林发动机中，气体在两个热交换器之间循环流动，其中一个热交换器与高温热源接触，另一个与低温热源接触。
气体在高温热源处膨胀、吸收热量，在低温热源处被压缩、放出热量。
由于气体的膨胀和压缩过程都是通过活塞实现的，因此可以将其转化为机械能输出。
二、影响斯特林发动机机械效率的因素2.1 温差斯特林发动机的工作效率与其所处的温差有关。
当温差越大时，工作效率越高。
因此，在设计和使用斯特林发动机时，需要尽可能地增大温差。
2.2 气体斯特林发动机中的气体对其机械效率也有影响。
理想气体在斯特林循环中的效率比实际气体高。
因此，在设计和使用斯特林发动机时，需要选择适合的气体类型并控制其压力和温度，以提高其效率。
2.3 活塞活塞是将气体膨胀和压缩转化为机械能输出的重要部件。
因此，在设计和制造活塞时，需要考虑其材料、形状、尺寸等因素，以确保其能够有效地转化气体膨胀和压缩产生的能量。
三、提高斯特林发动机机械效率的方法3.1 提高温差通过增大斯特林发动机所处的温差可以有效地提高其工作效率。
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。
DIY斯特林发动机设计制作原理
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，17901790—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。
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式热机，其工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 加热过程：斯特林发动机的工作循环开始于加热过程。
在这个过程中，工作气体（通常为氢气或氦气）被加热并膨胀，进而推动活塞向外运动。
加热源可以是燃烧燃料、太阳能或其他形式的热能。
2. 膨胀过程：当活塞被推向对侧时，工作气体被压缩到更高的温度和压力下。
该过程中膨胀气体的压力能被转化成机械能，从而驱动发动机的输出轴。
3. 冷却过程：经过膨胀过程后，工作气体进入到冷却器，与外部环境进行热交换。
在这个过程中，工作气体的温度下降，从而回到初始状态。
4. 压缩过程：在冷却过程结束后，活塞再次向内移动，将工作气体压缩，使其温度和压力上升，为下一个加热过程做准备。
整个工作循环是一个封闭系统，通过不断重复以上步骤，将热能转化为机械能，从而驱动发动机运转。
斯特林发动机与内燃机相比，没有爆燃和排气过程，因此噪音和污染较低。
同时，斯特林发动机还可以使用多种类型的热源，如太阳能和生物质能，具有较高的灵活性和可持续性。
简易斯特林发动机制作原理
简易斯特林发动机制作原理史特灵引擎属於外燃引擎，只要高温热源温度够高，无论是使用太阳能、废热、核原料、牛粪、丙烷、天然气、沼气（甲烷）、丁烷与石油在内的任何燃料，皆可使之运转，不同於必须使用特定燃料的汽油引擎、柴油引擎等内燃引擎。
A.基础篇A1气体的特性如图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，此时由於容器上端为冷却区，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命名为”移气器”，实在更为贴切，也比较不容易混淆，比较不会使人误以为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，可以转换为动力输出，此时，橡皮的作用即如同一动力活塞。
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简介：斯特林引擎(Stirling Engine)的优势特色与问题
从Stirling Engine 的原理与结构来看，它有几项颇具优势的特点：
1.、其使用外部热源，因此只要是能够产生热，皆可用来做为推动的能源，
所以并不仅限于可燃烧的燃料。
而由于内燃机常令人诟病其排放的废气，会产环境污染的问题，因此能够使用地热、太阳能等自然的能源来运作StirlingEngine，显然在此方面是具有优势的。
斯特林发动机原理
2.、虽然Stirling Engine 常被归类于外燃机，但实际上，只要能够产生温差，
就能够成为运作的能源，因此使用低温流体，如乾冰、或冰水，同样可使Stirling Engine 进行运作。
3.、由于Stirling Engine 外部热源与工作气体(Working gas)是分开的，因
此没有燃烧废弃物堆积于内部的问题，使用的润滑油周期较持久。
4、由于热源位于外部，因此在调整控制上，比内燃机容易得多。
5、热源的提供是连续性的，较不会有燃料燃烧不全的情形。
6、比起其他引擎，它的构造很简单，不需要阀门，也没有化油器等机构。
7、运作的温度与压力比起蒸气引擎或内燃式引擎要低且安全的多，因此引擎强度与重量不需要很要求很高。
8、没有燃烧爆炸的作用，运作也很安静，没有剧烈的震动。
以上就是Stirling Engine 的发展优势。
然而，既然Stirling Engine 具有优势，但为何当初它并没有成为普遍的动力系统?显然它仍然有一些问题有待克服或替代方桉：
斯特林发动机原理
1、无法避免热源对热室的侵蚀。
毕竟高温差使得其运作效率提高，但也相对的会使活塞机构产生高温或低温侵蚀性的影响，引响运作寿命。
2、虽然在低温差可以运作，但要在低温差下产生大量的动能时，引擎的体积就会很巨大。
3、高低温差的控制很困难，尤其取决于引擎的隔热包装技术。
如果无法有效控制，会徒增能源的散逸，减低效率。
4、刚开始Stirling Engine 无法迅速运转，它必须经过一段“暖机时间”。
5、要改变它的能量输出等级是很难的，它无法像内燃机一样用燃油多寡直接去控制动力的大小。
6. 最好的工作气体是使用氢等分子量小的气体，但这些气体不易保存。
所以，以上的这些特性与问题，造成了Stirling Engine 发展的兴衰。
以目
尽管如此，Stirling Engine 仍被利用在进行乾淨、环保的长时期稳定运作的电力生产与低温冷冻上。
斯特林发动机原理
第一步：材料与工具准备：首先要准备的材料与工具如表1、表2 所示。
表1 材料表
名称规格数量备注
试管18 x 150mm 1支附橡皮塞
玻璃针筒10 ml 1 支作为活塞
铜管内径约φ2mm 2段
铜棒φ2mm 1根
光碟片1片
铅线约φ1.5mm 1包曲轴
铁丝细固定钢丝绒用
钢丝绒1包移气活塞
塑胶软管φ3 mm 1段
木条180 x 10 x 8 mm 1支木条
木板若干基座
热熔胶若干
橡皮筋2 条固定试管及针筒
小螺帽内径约φ1.5mm 若干
小铁钉约φ1.5mm 若干轴用
冰棒棍若干
表二：工具表
名称数量备注
剪刀 1
美工刀1
剪嘴钳1 制作曲轴
虎钳 1 制作曲轴
线锯 1 切割木板
电钻 1
直尺 1
记号笔1 做记号
实验室酒精灯3~5组亦可用蜡烛代替工业酒精2瓶
铁鎚 1 钉制基架
材料图：
第二步：制作步骤
(一)利用手摇钻(或小电钻)将橡皮塞钻出两个孔，一为连通气室用，一为交换器用
(二)将钢丝绒以小铁丝绑绕在铜棒上，製成移气活塞。
活塞长度约为试管
长度的一半。
(三)将做好的移气活塞组合上试管。
并装上塑胶软管与钻孔的小木块(连
结轴用)。
(四)将玻璃针筒以热熔胶固定在木条上，并用橡皮筋加强固定。
针筒后方
黏上钻孔的小木块，以备之后连结轴用。
斯特林发动机
(五)同样将试管固定在木条上。
然后以塑胶软管连接。
(六)此时可以稍作测试。
加热试管前端，拉动移气活塞，看看针筒是否会前后伸缩移动。
如没有，则应该检查是否出现漏气现象。
(七)在木条前10mm 钻一φ1.5mm 的孔，接着依下列尺寸，将铅线弯曲制作曲轴，并黏合光碟片。
要注意针筒与移气活塞必须有相差90 度的相位角。
(八)计算移气活塞的活动长度，在冰棒棍上适当钻孔以符合，将木条与冰棒棍切割钻孔。
(九)最后将钻孔完毕的冰棒棍以小铁钉组合上去，即完成本次活动制作。
第三步：测试与完成
要使自制的Stirling Engine运作，首先在试管下至一酒精灯，待烧热约1
分钟，试着转动光碟片即可。
如果旋转不够顺利，试着微调相位角度;又或者旋转的连续性(贯性)不够，可在光碟片上夹上小夹子，以增加其惯性转动力量。
注意事项：
虽然，本次制作的Stirling Engine 教具结构简单，但整个史特灵引擎制作
的关键，就在曲轴与活塞，因此有几点影响制作成功与否的关键要点要注意：
1. 气体交换室(试管)的密闭性要高，尽量不要有漏气现象。
2. 曲轴角度要呈90 度，移气活塞的相位角要比活塞提前90 度。
3. 移气活塞的铜棒管接合处，要尽量能滑顺，但又不能有大量漏气现象，
挑选铜管与铜棒时，公差要配合好。
4. 曲轴旋转的流畅度是关键，这个部份需要的精密度较高，尽量能以模
具或电动工具製作。
5. 连结曲轴的冰棒棍要尽量平行推动，不要有分向力量减低推动。
6. 光碟片的目的是要增加其旋转惯性，如惯性不足，可用小夹子夹住光
碟片来调整。
斯特林发动机。