Как работает двигатель Стирлинга?

Двигатель Стирлинга — это тип тепловой машины, названный в честь Роберта Стирлинга, шотландского изобретателя, который запатентовал первую успешную конструкцию в 1816 году. Он работает за счет циклического сжатия и расширения газа или жидкости, преобразуя тепловую энергию в механическую работу. Вот упрощенное объяснение того, как работает двигатель Стирлинга:

1. Замкнутый цикл :В отличие от парового двигателя, двигатель Стирлинга работает по замкнутому циклу, что означает, что рабочая жидкость (обычно газ, такой как воздух или гелий) герметично закрыта внутри двигателя и подвергается ряду процессов, не выходя наружу.

2. Процесс нагрева и охлаждения :Двигатель состоит из двух цилиндров:горячего и холодного. В горячем цилиндре рабочее тело нагревается внешним источником тепла, заставляя молекулы газа двигаться быстрее и расширяться. В холодном цилиндре рабочее тело охлаждается, в результате чего молекулы газа замедляются и сжимаются.

3. Регенератор :Между горячим и холодным цилиндрами находится компонент, называемый регенератором, который представляет собой пористый материал, сохраняющий тепло. По мере движения рабочей жидкости из горячего цилиндра в холодный она проходит через регенератор, передавая часть своего тепла материалу. Аналогичным образом, когда рабочая жидкость движется обратно из холодного цилиндра в горячий, она поглощает тепло от регенератора, уменьшая количество тепла, требуемое от внешнего источника тепла.

4. Расширение и сжатие :Процессы нагрева и охлаждения заставляют рабочую жидкость расширяться и сжиматься, приводя в движение поршни двигателя. Когда рабочая жидкость расширяется в горячем цилиндре, она толкает поршень наружу, вырабатывая мощность. Когда рабочее тело сжимается в холодном цилиндре, поршень движется внутрь, сжимая газ.

5. Выработка электроэнергии :возвратно-поступательное движение поршней преобразуется во вращательное движение через коленчатый вал, который можно использовать для выработки мощности или выполнения механической работы.

Двигатель Стирлинга — это термодинамически эффективный двигатель, который может работать на различных источниках тепла, включая солнечную энергию, биомассу или отходящее тепло промышленных процессов. Однако из-за сложной конструкции и относительно высокой стоимости по сравнению с другими двигателями внутреннего сгорания он имеет ограниченное коммерческое применение. Тем не менее, это уникальный и интересный пример технологии тепловых двигателей.