:This-Artikel ist über den '"adiabatischen" Zyklus von Stirling. Für den "idealisierten" Zyklus von Stirling, sieh den Motorartikel von Stirling.

Der Zyklus von Stirling ist ein thermodynamischer Kreisprozess, der die allgemeine Klasse von Geräten von Stirling beschreibt. Das schließt den ursprünglichen Motor von Stirling ein, der erfunden, entwickelt und 1816 von Ehrwürdigem Dr Robert Stirling mit der Hilfe von seinem Bruder, einem Ingenieur patentiert wurde.

Der Zyklus ist umkehrbar, bedeutend, dass, wenn geliefert, mit der mechanischen Macht er als eine Wärmepumpe für die Heizung oder das Kühlungsabkühlen, und sogar für das kälteerzeugende Abkühlen fungieren kann. Der Zyklus wird als ein geschlossener Zyklus verbessernder Zyklus mit einer gasartigen Arbeitsflüssigkeit definiert. "Geschlossener Zyklus" bedeutet, dass die Arbeitsflüssigkeit innerhalb des thermodynamischen Systems dauerhaft enthalten wird. Das kategorisiert auch das Motorgerät als ein Außenhitzemotor. "Verbessernd" bezieht sich auf den Gebrauch eines inneren Hitzeex-Wechslers genannt einen Wiedergenerator, der die Thermalleistungsfähigkeit des Geräts vergrößert.

Der Zyklus ist dasselbe als die meisten anderen Hitzezyklen darin es gibt vier Hauptprozesse:1. Kompression, 2. Hitzehinzufügung, 3. Vergrößerung und 4. Hitzeeliminierung. Jedoch sind diese Prozesse, aber eher das Übergang-Übergreifen nicht getrennt.

Idealisierte Stirling Zyklus-Thermodynamik

Der idealisierte Zyklus von Stirling besteht aus vier thermodynamischen Prozessen, die der Arbeitsflüssigkeit folgen (Sieh Diagramm zum Recht):

Technische Kompliziertheit des Themas

Der Stirling Zyklus ist ein hoch fortgeschrittenes Thema, das sich über Analyse durch viele Experten seit mehr als 190 Jahren hinweggesetzt hat. Hoch fortgeschrittene Thermodynamik ist erforderlich, den Zyklus zu beschreiben. Professor Israel Urieli schreibt: "... die verschiedenen 'idealen' Zyklen (wie der Zyklus von Schmidt) sind weder physisch realisierbar noch den Zyklus von Stirling" vertretend

beurteilt, reiht sich das analytische Problem des Wiedergenerators (der Haupthitzeex-Wechsler im Zyklus von Stirling) von Jakob unter dem schwierigsten auf und hat eingeschlossen, auf die in der Technik gestoßen wird.

Kolbenbewegungsschwankungen

Die meisten thermodynamischen Lehrbücher verwenden eine hoch vereinfachte Form eines Zyklus von Stirling, der aus 4 Prozessen besteht. Das ist als ein "idealer Zyklus von Stirling" bekannt, weil es ein "idealisiertes" Modell, und nicht notwendigerweise ein optimierter Zyklus ist. Theoretisch hat der "ideale Zyklus" wirklich hohe Nettoarbeitsproduktion pro Zyklus. Jedoch wird es aus praktischen Gründen teilweise selten verwendet, weil andere Zyklen einfacher sind oder Maximalbetonungen auf Lagern und/oder anderen Bestandteilen reduzieren. Für die Bequemlichkeit kann sich der Entwerfer dafür entscheiden, Kolbenbewegungen zu verwenden, die durch die Systemdynamik wie die mechanischen Verbindungsmechanismen diktiert sind. Auf jeden Fall sind die Leistungsfähigkeit und Zyklus-Macht fast so gut wie eine wirkliche Durchführung des idealisierten Falls. Eine typische Kolbenkurbel oder Verbindung in haben so "kinematisches" Design genannt, häufig läuft auf eine nah-sinusförmige Kolbenbewegung hinaus. Einige Designs werden den Kolben veranlassen, an jedem Extrem des Reisens "zu wohnen".

Viele kinematische Verbindungen, wie das weithin bekannte "Joch von Ross", werden nah-sinusförmige Bewegung ausstellen. Jedoch werden andere Verbindungen, wie der "rhombische Laufwerk", mehr nichtsinusförmige Bewegung ausstellen. In einem kleineren Ausmaß führt der ideale Zyklus Komplikationen ein, da, den Zyklus in einem echten Motor durchzuführen, etwas höhere Beschleunigungen der Kolben und höhere klebrige Pumpen-Verluste der Arbeitsflüssigkeit verlangen würde, obwohl die materiellen Betonungen und Pumpen-Verluste in einem optimierten Motor, nur untragbar sein würde, wenn man sich dem "idealen Zyklus" und/oder an hohen Zyklus-Raten nähert. Andere Probleme schließen die Zeit ein, die für die Wärmeübertragung besonders für die isothermischen Prozesse erforderlich ist. In einem Motor mit einem Zyklus, der sich dem "idealen Zyklus" nähert, könnte die Zyklus-Rate verlangsamt werden müssen, um diese Probleme zu richten.

Im grundlegendsten Modell eines freien Kolbengeräts wird der kinematics auf einfache harmonische Bewegung hinauslaufen.

Volumen-Schwankungen

Im Beta und den Gammamotoren allgemein ist der Phase-Winkelunterschied zwischen den Kolbenbewegungen nicht dasselbe als der Phase-Winkel der Volumen-Schwankungen. Jedoch, im Alpha Stirling, sind sie dasselbe. Der Rest des Artikels nimmt sinusförmige Volumen-Schwankungen, als in einem Alpha Stirling mit co-linear Kolben, ein so genannter "gegensätzlicher Kolben" Alpha-Gerät an.

Graph des Drucks-gegen-bändig

Dieser Typ des Anschlags wird verwendet, um fast alle thermodynamischen Kreisprozesse zu charakterisieren. Das Ergebnis von sinusförmigen Volumen-Schwankungen ist der in der Abbildung 1 gezeigte Zyklus in der quasielliptischen Form. Im Vergleich zum idealisierten Zyklus ist dieser Zyklus eine realistischere Darstellung von den meisten echten Motoren von Stirling. Die vier Punkte im Graphen, etikettieren Sie den Kurbelwinkel in Graden.

Der adiabatische Zyklus von Stirling ist dem idealisierten Zyklus von Stirling ähnlich; jedoch sind die vier thermodynamischen Prozesse ein bisschen verschieden (sieh Graphen oben):

• 180 ° zu 270 °, pseudoisothermischer Vergrößerung. Der Vergrößerungsraum wird äußerlich geheizt, und das Benzin erlebt nah-isothermische Vergrößerung.
• 270 ° zu 0 °, "in der Nähe vom unveränderlichen Volumen" (oder nah-isometrisch oder isochoric) Hitzeeliminierung. Das Benzin wird durch den Wiedergenerator passiert, so das Benzin abkühlend, und Hitze dem Wiedergenerator für den Gebrauch im folgenden Zyklus übertragend.
• 0 ° zu 90 °, pseudoisothermischer Kompression. Der Kompressionsraum wird zwischenabgekühlt, so erlebt das Benzin nah-isothermische Kompression.
• 90 ° zu 180 °, "in der Nähe vom unveränderlichen Volumen" (nah-isometrisch oder isochoric) Hitzehinzufügung. Die Druckluft fließt zurück durch den Wiedergenerator und pickt Hitze unterwegs zum erhitzten Vergrößerungsraum auf.

Mit Ausnahme von einem Motor von Stirling thermoacoustic fließt keine der Gaspartikeln wirklich durch den ganzen Zyklus. So ist diese Annäherung der weiteren Analyse des Zyklus nicht zugänglich. Jedoch stellt es eine Übersicht zur Verfügung und zeigt die Zyklus-Arbeit an.

Bewegung der Partikel/Masse

Abbildung 2, zeigt die streaklines, die anzeigen, wie Benzin durch einen echten Motor von Stirling fließt. Die vertikalen farbigen Linien, skizzieren Sie die Volumen-Räume des Motors. Vom zum Recht nach links sind sie: Das Volumen, das durch die Vergrößerung (Macht) Kolben, das Abfertigungsvolumen gekehrt ist (der den Kolben davon abhält, sich mit dem heißen Hitzeex-Wechsler in Verbindung zu setzen), die Heizung, der Wiedergenerator, je Kühler, desto kühleres Abfertigungsvolumen und das durch den Kompressionskolben gekehrte Kompressionsvolumen.

Hitzeex-Wechsler-Druck-Fall

Auch gekennzeichnet als "werden pumpende Verluste", die in der Abbildung 3 gezeigten Druck-Fälle, durch den klebrigen Fluss die Hitzeex-Wechsler verursacht. Die rote Linie vertritt die Heizung, grün ist der Wiedergenerator, und blau ist der Kühler. Die Hitzeex-Wechsler, multivariate Optimierung richtig zu entwerfen, ist erforderlich, genügend Wärmeübertragung mit annehmbaren Fluss-Verlusten zu erhalten. Die Fluss-Verluste gezeigt hier sind relativ niedrig, und sie sind im folgenden Image kaum sichtbar, das die gesamten Druck-Schwankungen im Zyklus zeigen wird.

Druck gegen den Kurbelwinkel

Shows der Abbildung 4 ergeben sich aus einer "adiabatischen Simulation" mit nichtidealen Hitzeex-Wechslern. Bemerken Sie, dass der Druck-Fall über den Wiedergenerator im Vergleich zur gesamten Druck-Schwankung im Zyklus sehr niedrig ist.

Temperatur gegen den Kurbelwinkel

Abbildung 5 illustriert die adiabatischen Eigenschaften eines echten Hitzeex-Wechslers. Die Geraden vertreten die Temperaturen des festen Teils des Hitzeex-Wechslers, und die Kurven sind die Gastemperaturen der jeweiligen Räume. Die Gastemperaturschwankungen werden durch die Effekten der Kompression und Vergrößerung im Motor zusammen mit nichtidealen Hitzeex-Wechslern verursacht, die eine beschränkte Rate der Wärmeübertragung haben. Wenn die Gastemperatur oben und unter der Hitzeex-Wechsler-Temperatur abgeht, verursacht sie thermodynamische Verluste, die als "Wärmeübertragungsverluste" oder "Verluste der magnetischen Trägheit" bekannt sind. Jedoch arbeiten die Hitzeex-Wechsler noch ganz gut, um dem echten Zyklus zu erlauben, wirksam zu sein, selbst wenn die wirkliche Thermalleistungsfähigkeit des gesamten Systems nur ungefähr Hälfte der theoretischen Grenze ist.

Kumulative Hitze und Arbeitsenergie

Abbildung 6 zeigt einen Graphen des Alpha-Typs Motordaten von Stirling, wo 'Q' Hitzeenergie anzeigt, und 'W' Arbeitsenergie anzeigt. Die blaue punktierte Linie zeigt die Arbeitsproduktion des Kompressionsraums. Da die Spur unten eintaucht, und Arbeit auf dem Benzin getan wird, weil es zusammengepresst wird. Während des Vergrößerungsprozesses des Zyklus wird etwas Arbeit wirklich auf dem Kompressionskolben, wie widerspiegelt, durch die nach oben gerichtete Bewegung der Spur getan. Am Ende des Zyklus ist dieser Wert negativ, anzeigend, dass Kompressionskolben einen Nettoeingang der Arbeit verlangt. Die blaue durchgezogene Linie zeigt die Hitze, die aus dem kühleren Hitzeex-Wechsler fließt. Bemerken Sie, dass die Hitze vom Kühler und die Arbeit vom Kompressionskolben beide dieselbe Zyklus-Energie haben! Das ist mit der Nullnettowärmeübertragung des Wiedergenerators (feste grüne Linie) im Einklang stehend. Wie, die Heizung und der Vergrößerungsraum erwartet würde, haben beide positiven Energiefluss. Die schwarze punktierte Linie zeigt die Netzproduktion des Zyklus. Auf dieser Spur endet der Zyklus höher, dass es angefangen hat, anzeigend, dass der Hitzemotor Energie von der Hitze in die Arbeit umwandelt.

Siehe auch

• Stirling Pseudozyklus
• Motor von Stirling

Links