能源之星史特林引擎

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1、物理專文能源之星--史特林引擎文/周鑑恆成極大的衝擊，二氧化碳的濃度和排放量都創(chuàng)下了前一、環(huán)保的工業(yè)革命所未有的記錄，衍生的各種後果不堪設(shè)想，於是而有京都議定書的簽署，減少依賴化石能源勢在必行。從十八世紀(jì)初葉開平常就以賽球?qū)古抛l競爭本性的人類，立刻露始，一連串對往復(fù)式蒸汽出爭取珍貴石油的衝動，國際間暗潮洶湧，甚至爆發(fā)機(jī)的改良，確定了動力機(jī)戰(zhàn)爭。面對能源危機(jī)和其連鎖所引發(fā)的糧食、環(huán)保、械的實用性，促成能源科氣候變遷、生態(tài)威脅、國際關(guān)係等難題，憑藉第一次技的突飛猛進(jìn)，人類從此工業(yè)革命以降迅速累積的科技實力，賦予與蒸汽機(jī)幾掙脫了人力和獸力的限乎同

2、時誕生，卻蟄伏近兩世紀(jì)的一種外燃引擎-—制，生產(chǎn)力一夕暴增，引史特林引擎-—新的生命，展開著眼於永續(xù)非碳能發(fā)了以碳能源為基礎(chǔ)的源的下一場工業(yè)革命，相信必能和平的為當(dāng)前困局找第一次工業(yè)革命，深遠(yuǎn)改變?nèi)w人類的文明軌跡。到兩全其美的解決方案。人類於是發(fā)展出一種極度依賴能源的生活方式。然而，人們慣用的化石能源(如煤、石油、天然二、從熱機(jī)談起氧等)蘊藏量有限，不可逆的大量消耗，原本即非長久之計。再加上近年來金磚四國經(jīng)濟(jì)起飛，大量人除了早期的蒸氣機(jī)之外，各種精巧的內(nèi)燃引擎也口也競相使用能源，近日油價於是屢創(chuàng)歷史新高，新陸續(xù)問世。這些能將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能

3、的機(jī)器統(tǒng)稱一波能源危機(jī)隱隱浮現(xiàn)?！笩釞C(jī)(heatengine)」。從物理學(xué)的角度來看，儘管各值得注意的是，7O年代的石油危機(jī)，是產(chǎn)油國種引擎的構(gòu)造大異其趣，但所有熱機(jī)的主角都是工作在以巴衝突中藉高油價杯葛英美之中東政策，人為造流體(workingfluid)。熱能進(jìn)入工作流體之後，透過工製造出來的，幾經(jīng)外交折衝，油價不難復(fù)歸平穩(wěn)。但作流體之運作，轉(zhuǎn)換成動能。打個比方來說，熱機(jī)好最近油價居高不下，則是市場上的確存在供不應(yīng)求的似公司行號，工作流體好似員工，無論公司之體制，客觀因素所造成，長遠(yuǎn)來看，這樣的趨勢只會日益嚴(yán)聘僱方式如何，也無論員工領(lǐng)薪水

4、的方式是用支票，峻，高油價時代實已無可避免。還是給現(xiàn)金，總而言之，公司的營運方式都是員工領(lǐng)薪水然後辦理公事。另一方面，由於大量消耗化石能源，也對環(huán)境造老式火車頭上的往復(fù)式活塞蒸汽機(jī)，現(xiàn)代核能電周鑑恆廠中的渦輪蒸汽機(jī)，不用火星塞的柴油引擎，常見的萬能科技大學(xué)光電系助理教授e-mail:chou0717@gmail.com汽油引擎，戰(zhàn)機(jī)或客機(jī)搭載的噴射引擎(圖2-１)，推■363■物理雙月刊(卅卷四期)2008年八月物理專文動高空偵察機(jī)SR-71以三倍音速巡戈的衝壓引擎，不變化其狀態(tài)，完成熱機(jī)循環(huán)。用連桿的轉(zhuǎn)子引擎，無論這些熱機(jī)的構(gòu)造複雜與否；也

5、不論它們加熱工作流體的方式，是直接在工作流體資料來源：www.grc.nasa.gov/中燃燒燃料(內(nèi)燃)，還是經(jīng)由鍋爐或汽缸來加熱工作WWW/K-12/airplane/brayton.html流體(外燃)；也不論他們的工作流體是氦氣、氫氣、encyclozine.com/Science/Physics/Thermodynamics/空氣、水蒸氣或其他物質(zhì)；也不論他們是重複循環(huán)使用工作流體，或不斷使用用過即拋的工作流體，他們的工作原理都是一樣的：「工作流體被加熱或高溫狀態(tài)時，膨脹作正功，工作流體降溫或較低溫的狀態(tài)時，被壓縮作負(fù)功?！拱压ぷ髁?/p>

6、體的壓力和體積關(guān)係的封閉曲線畫在ＰＶ圖上，無論Rankine循環(huán)、Otto循環(huán)、Diesel循環(huán)，或者圖2-１所示的Brayton循環(huán)，工作流體狀態(tài)之變化都必須隨著相似的順時鐘方向。圖2-1噴射引擎之工作流體，由外界吸入，PV狀態(tài)圖2-2二行程汽油引擎示意圖。經(jīng)0--23(壓縮)--34(燃燒升溫)--45(膨脹對渦熱力學(xué)第二定律則指出，工作流體被加熱之後，輪(turbine)作工)--58(回到外界降溫)，順時針又必然恢復(fù)到原來狀態(tài)時，被加熱時獲得的熱能，因■364■物理雙月刊(卅卷四期)2008年八月物理專文為機(jī)率的原故，不可能完全經(jīng)做功

7、轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，所熱區(qū)和冷區(qū)的溫差。溫差氣室中的移氣胴體(displacer)以沒有完美的熱機(jī)。可上下移動。移動時顯然不會改變引擎中工作流體的體積，但移氣胴體在上方時，工作流體被移往熱區(qū)，就以大家最熟悉的汽油引擎為例，圖2-2是理想移氣胴體在下方時，工作流體被移往冷區(qū)。熱再生器化的二行程汽油引擎，汽油引擎的主角當(dāng)然也是工作的功能是，當(dāng)工作流體從熱區(qū)移到冷區(qū)時預(yù)先冷卻工流體，也就是進(jìn)出引擎的空氣。作流體，並暫時儲存工作流體釋出的熱能，當(dāng)工作流過程1：混合著少量汽油的空氣（此時溫度較低）被體從冷區(qū)移到熱區(qū)時，利用儲存的熱能預(yù)先加熱工作壓縮後，點火爆

8、燃油氣，使空氣溫度升高。流體。工作流體預(yù)冷後停留在冷區(qū)繼續(xù)冷卻，預(yù)熱後過程2：加熱後的高溫空氣膨脹作正功，推動活塞，停留在熱區(qū)繼續(xù)加熱。經(jīng)連桿驅(qū)動飛輪轉(zhuǎn)動。活塞的往