斯特林发动机.doc

斯特林发动机发展历史斯特林发动机,又称热气机,是一种外部加热闭式循环活塞式发动机。它是由英国苏格兰牧师罗伯特?斯特林于1815年发明的。不过,由于当时缺乏良好的耐热材料以及人们对热气机的性能了解很少,以致机器的效率和功率都很低。因此,在十九世纪中叶,当高效率的内燃机出现后,斯特林发动机的研制工作就停止了。近数十年来,随着科学技术和生产现代化的进展,人们又对这种发动机进行了大量的研究工作。1983年,荷兰菲利普公司率先开始了现代斯特林发动机的研制工作,该公司对斯特林发动机技术做了根本性的改革,使斯特林发动机的效率与功率大幅度提高。之后美国、日本、瑞典、英国、德国、中国等国家相继参加研制行列。鉴于许多国家和部门在热气机的理论和实践方面进行了大量工作,1982年在英国的雷丁大学召开了第一届国际斯特林机会议,为斯特林机的发展在国际交流和合作上开创了条件。斯特林发动机优点斯特林发动机具有诸多优点,譬如因为它采用外部加热,故对燃料要求不高,可用多种燃料,并且同温限条件下,理论热效率与卡诺循环相等,热效率高,又由于它是闭式循环,工质不向外排放,理论工质消耗为零,排气污染少,除此之外还具有噪音低、运转特性好、工作可靠、维修费用低、可以低温差运行等优点。但同时,斯特林发动机也存在一些问题,导致它至今依然不能达到商品生产的水平。其主要原因是造价较高,在经济上竞争能力差。主要表现在加热部件工作环境恶劣,必须用高温耐热合金材料制造,且其制造工艺不能适应大批量生产的要求,所以造价昂贵。另外,斯特林发动机的工作特性和使用寿命,在很大程度上取决与密封程度的可靠性与耐久性,故密封问题也是当前斯特林发动机所存在的主要问题。所以,斯塔林发动机的研制方向主要是两方面,其一是寻求热交换器、活塞等高温部件的廉价材料和适应于大批量生产的工艺,其二是进一步完善密封装置和提高其使用寿命。斯特林发动机应用领域由于斯特林发动机的工作特点和性能,使它的应用面很广,比如做城市热泵系统、农村或边远地区的动力、车辆牵引动力以及船舶或水下动力装置,此外,热气机的另一特殊用途是作为人造心血泵的动力源。斯特林循环原理斯特林循环是斯特林发动机的理想循环,是一个高度理想化的热力过程。它由两个定温过程和两个定容过程所组成,以配气活塞式斯特林发动机为例,具体过程为: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做功。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。【4】斯特林循环的P-V图、T-S图如下所示:斯特林循环与卡诺循环对在P-V图中,有循环过程所组成的面积表示循环功的大小。比较斯特林循环与卡诺循环,其优点在于,它用两个定容过程代替卡诺循环的两个绝热过程。斯特林循环的定温过程线1-2和3-4是从卡诺循环的1-5和3-6延伸而来,结果大大增加了斯特林循环功的面积。从图中可见,在给定的压力、温度和