Альтернативные тепловые двигатели. Двигатель Стирлинга

1.

Государственное бюджетное образовательное учреждение
«Лицей №387 им. Н. В. Белоусова»
Индивидуальный проект
«Альтернативные тепловые двигатели»
Выполнили
ученики класса 10 тех
Желтов Иван,
Некурящев Михаил,
Карась Артём
Руководитель:
Ребяков Александр Витальевич
Санкт-Петербург, 2024

2.

Вступление
Распространённые двигатели внутреннего
сгорания обладают рядом серьёзных
недостатков, главный – нанесение большого
ущерба природе. Переход на альтернативные
тепловые двигатели может позволить
минимизировать эти недостатки и сохранить
большинство устоявшихся экономических
связей.

3.

Цель и задачи
Цель: собрать рабочий двигатель Стирлинга,
демонстрирующий пример особенностей альтернативных
тепловых двигателей и популяризирующий их.
Задачи:
1) Найти информацию об альтернативных способах
преобразования тепловой энергии в механическую.
2) Изучить найденные способы, их историю. Отметить их
преимущества и недостатки.
3) Охарактеризовать эффективность выбранных вариантов.
4) Углублённо изучить двигатель Стирлинга как наиболее
реализуемый на практике вариант.
5) На основе полученных знаний собрать рабочий двигатель
Стирлинга.

4.

Двигатель Стирлинга

5.

Историческая справка
В 1816-м году шотландец Роберт Стирлинг
получил патент на двигатель собственной
конструкции.
В 1830-х годах несколько похожих
двигателей было создано шведом Джоном
Эриксоном. Они получили распространение.
В 1930-1940-х годах голландской фирмой
«Филлипс» для собственных нужд были
сконструированы новые эффективные
двигатели Стирлинга.

6.

Принцип работы
Основной принцип работы – попеременное нагревание и
охлаждение газа, вызывающие соответственно его
расширение и сжатие.
Полезная работа – разница между работой, совершаемой
нагреваемым газом при расширении, и работой,
затрачиваемой на возвращение газа в исходное состояние.

7.

Рабочий цикл
Рабочий цикл двигателя Стирлинга можно разделить на четыре фазы:
нагрев, расширение, охлаждение, сжатие. Фазы:
1. Увеличение давления нагреваемого газа, он расширяется и толкает
рабочий поршень вверх. На маховик сообщается движение.
2. Продолжая движение, маховик толкает вытеснительный поршень вниз.
Разогретый воздух переходит из горячей части в холодную.
3. Воздух остывает. Газ сжимается, и рабочий поршень опускается вниз.
4. Вытеснительный поршень поднимается, выталкивая газ из холодной
части в горячую.

8.

Виды двигателей Стирлинга
• Альфа-Стирлинг. Два поршня движутся в двух отдельных цилиндрах с
нагревающимся и охлаждающимся газом соответственно.
• Бета-Стирлинг. В одном цилиндре, нагреваемом с одной стороны и
охлаждаемом с другой, движутся поршень и вытеснитель, который
перекачивает воздух между горячей и холодной областями.
• Гамма-Стирлинг. Один цилиндр холодный, второй нагревается и
охлаждается с двух разных концов. В холодном цилиндре движется
поршень, в нагревающемся и охлаждающемся -- вытеснитель.

9.

Эффективность
Цикл Стирлинга состоит из двух изохор и
двух изотерм.
Использование регенератора делает
теоретический КПД двигателя Стирлинга
максимально возможным. Он
определяется по формуле: