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1、斯特林發(fā)動機設計制作[摘要]熱氣機可用氫、氮、氦或空氣等作為工質，按斯特林循環(huán)工作。在熱氣機封閉的氣缸內充有一定容積的工質。氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔。工質在低溫冷腔中壓縮，然后流到高溫熱腔中迅速加熱，膨脹作功燃料在氣缸外的燃燒室內連續(xù)燃燒，通過加熱器傳給工質，工質不直接參與燃燒，也不更換。已設計制造的熱氣機有多種結構，可利用各種能源，已在航天、陸上、水上和水下等各個領域進行應用。試驗熱氣機的功率傳遞機構分為曲柄連桿傳動、菱形傳動、斜盤或擺盤傳動、液壓傳動和自由活塞傳動等。按缸內循環(huán)的組成形式分，熱氣機主要有配氣活塞式和雙作用式兩類。在一個氣缸內有
2、兩個活塞作規(guī)律的相對運動，冷腔與熱腔之間用冷卻器、回熱器和加熱器連接，配氣活塞推動工質在冷熱腔之間往返流動。熱力循環(huán)可以分為定溫壓縮過程、定容回熱過程、定溫膨脹過程、定容儲熱過程四個過程。發(fā)動機的分類有1.按使用燃料分：汽油機、柴油機等；2.按工作循環(huán)分：四沖程發(fā)動機、二沖程發(fā)動機；3.按氣門位置分：頂置氣門式發(fā)動機、側置氣門式發(fā)動機；4.按氣缸排列分：直列式發(fā)動機、V型發(fā)動機；5.按氣缸數分：單缸發(fā)動機、雙缸發(fā)動機。斯特林發(fā)動機是羅巴特.斯特林（RobertStirling）于1816年發(fā)明的，所以命名為“斯特林發(fā)動機”（Stirlingengin
3、e）。斯特林發(fā)動機，又稱熱氣機(StirlingEngine)是一種由外部供熱使氣體在不同溫度下作周期性壓縮和膨脹的閉式循環(huán)往復式發(fā)動機。相對于內燃機燃料在氣缸內燃燒的特點熱氣機又被稱作外燃機。斯特林發(fā)動機是通過氣體受熱膨脹、遇冷壓縮而產生動力的。這是一種外燃發(fā)動機，使燃料連續(xù)地燃燒，蒸發(fā)的膨脹氫氣（或氦）作為動力氣體使活塞運動，膨脹氣體在冷氣室冷卻，反復地進行這樣的循環(huán)過程。課題論述重點在于利用斯特林循環(huán)的工作原理，如何小組自主完成：任務的分配；設計造型結構；繪制生產圖紙；零件選材；加工工藝制定；零件制造和裝配調試。制作出能在酒精燈加熱下，借助連桿
4、與活塞之間的運動，能自行完成斯特林循環(huán)，自行工作的斯特林外燃機。斯特林熱機1斯特林發(fā)動機工作介紹1.1斯特林循環(huán)介紹斯特林循環(huán)是封閉式的，采用定容下吸熱的氣體循環(huán)方式。循環(huán)過程是：①等容吸熱加熱；②由外熱源等溫加熱；③等容放熱，供吸熱用；④向冷體等溫放熱，完成一個循環(huán)。在理想吸熱的條件下，這種循環(huán)的熱效率，等于溫度上下限相同的卡諾循環(huán)。利用這種循環(huán)的“斯特林熱機”，具有很多特點，如采用外燃，或外熱源供熱等。由于這種循環(huán)是封閉式循環(huán)，可采用傳熱性能好的工質，同時，工質的腐蝕性也可以很小，如氮氣、氫氣等氣體。充入的氣體工質，還可以加大壓力，視封閉系統(tǒng)的情
5、況，能夠采用遠遠大于大氣壓力的高壓氣體工作，這樣可以提高發(fā)動機的單位重量的功率，減小發(fā)動機的體積和重量。斯特林循環(huán)熱空氣發(fā)動機不排廢氣，除燃燒室內原有的空氣外，不需要其他空氣，所以適用于都市環(huán)境和外層空間。斯特林循環(huán)可以分為4個過程：①定溫壓縮過程:配氣活塞停留在上止點附近，動力活塞從它的下止點向上壓縮工質，工質流經冷卻器時將壓縮產生的熱量散掉，當動力活塞到達它的上止點時壓縮過程結束。②定容回熱過程:動力活塞仍停留在它的上止點附近,配氣活塞下行，迫使冷腔內的工質經回熱器流入配氣活塞上方的熱腔，低溫工質流經回熱器時吸收熱量，使溫度升高。③定溫膨脹過程：
6、配氣活塞繼續(xù)下行，工質經加熱器加熱，在熱腔中膨脹，推動動力活塞向下并對外作功。④定容儲熱過程：動力活塞保持在下止點附近，配氣活塞上行，工質從熱腔經回熱器返回冷腔，回熱器吸收工質的熱量，工質溫度下降至冷腔溫度。在理論上，定容儲熱量等于回熱量，其循環(huán)效率等于卡諾循環(huán)效率。兩個活塞的運動規(guī)律是由菱形傳動機構來保證的。1.2斯特林發(fā)動機的工作原理第9頁共9頁熱氣機是一種外燃的、閉式循環(huán)往復活塞式熱力發(fā)動機。熱氣機可用氫、氮、氦或空氣等作為工質，按斯特林循環(huán)工作。在熱氣機封閉的氣缸內充有一定容積的工質。氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔。工質在低溫冷腔中壓縮，然后流
7、到高溫熱腔中迅速加熱，膨脹作功燃料在氣缸外的燃燒室內連續(xù)燃燒，通過加熱器傳給工質，工質不直接參與燃燒，也不更換。已設計制造的熱氣機有多種結構，可利用各種能源，已在航天、陸上、水上和水下等各個領域進行應用。試驗熱氣機的功率傳遞機構分為曲柄連桿傳動、菱形傳動、斜盤或擺盤傳動、液壓傳動和自由活塞傳動等。按缸內循環(huán)的組成形式分，熱氣機主要有配氣活塞式和雙作用式兩類。在一個氣缸內有兩個活塞作規(guī)律的相對運動，冷腔與熱腔之間用冷卻器、回熱器和加熱器連接，配氣活塞推動工質在冷熱腔之間往返流動。熱力循環(huán)可以分為定溫壓縮過程、定容回熱過程、定溫膨脹過程、定容儲熱過程四個
8、過程。1.3斯特林發(fā)動機的評價，應用及未來發(fā)展1.3.1斯特林發(fā)動機的優(yōu)缺點：斯特林發(fā)動機的幾個特性是非常適
