Цикл Стирлинга идеальный

Так как Ui = Га и Гз = Д за = = As 12 = Asj, т. е. линии изохорных процессов цикла Стирлинга в sT-диаграмме эквидистантны. Следовательно, q = q 2 при идеальном регенераторе (без учета потерь). С учетом изложенного [c.59]

Эффективность цикла Стирлинга такая же, как и цикла Карно в идеальном случае его эксергетический КПД = [c.243]

В настоящей книге мы намеренно предпочли термин двигатель Стирлинга термину машина, работающая по циклу Стирлинга . Это сделано по двум основным причинам. Во-первых, ни один двигатель цли машина в действительности не работают по циклу Стирлинга, хотя при определенных изменениях в конструкции полостей переменного объема можно достичь протекания процессов сжатия и расширения в соответствии с идеальным циклом. Такие модификации имеют общее название изотермические двигатели [2]. С большей точностью, вероятно, можно было бы применить термин машина, работающая по принципу Стирлинга . Во-вторых, машина, работающая по принципу Стирлинга , может функционировать в различных режимах, а именно в качестве механического привода, как тепловой насос [3], холо,а,ильная машина [4] и газогенератор [1]. Все эти режимы можно получить на одном и том же двигателе, чему авторы этой книги были свидетелями при посещении исследовательских лабораторий фирмы Филипс в Эйндховене (Нидерланды). Следовательно, термин машина, работающая по принципу Стирлинга охватывает весь диапазон соответствующих механизмов. Поскольку данная книга посвящена исключительно вопросам получения механической энергии на валу, термин двигатель Стирлинга представляется более подходящим. [c.13]

Идеальный термодинамический цикл Стирлинга обладает термическим КПД, равным максимально возможному теоретическому КПД теплового двигателя (т. е. КПД цикла Карно) (гл. 2). [c.14]

Рис. 1.15. Термодинамические диаграммы состояния идеального цикла Стирлинга.

На рис. 1.16 показана зависимость изменения объема от угла поворота кривошипа, при выполнении которой реализует-ея идеальный цикл Стирлинга. Основной функцией механизма привода является наиболее точное воспроизведение этой зависимости. Однако полное удовлетворение требований термодинамики возможно только при прерывистом движении поршней, а механическое устройство не в состоянии точно воспроизвести такое движение. Хотя в принципе и можно создать механизм, воспроизводящий закон изменения объема, близкий к идеальному, при его проектировании необходимо учитывать и другие факторы, а именно простоту конструкции, компактность, динамические факторы и возможность установки системы уплотнения. [c.28]

Термодинамический анализ идеального цикла Стирлинга, выполненный для дискретных значений объема двигателя, а также для случаев его изменения по простому гармоническому закону и реальному закону, имеющему место в существующих двигателях, показал, что выходная мощность двигателя Стирлинга должна быть прямо пропорциональна среднему давлению цикла, что подтверждается на практике. Типичные зависимости, характеризующие влияние давления на выходную мощность, показаны на рис. 1.67 для двигателя ОРН-З с ромбическим приводом [45]. Если эти зависимости перестроить, изменив параметры, откладываемые по осям координат, то влияние давления будет еще нагляднее (рис. 1.68), причем можно видеть, что изменение мощности не точно следует линейному закону, но весьма близко к нему. Такая тенденция характерна для всех двигателей Стирлинга, в том числе и для Р-40. Чтобы подтвердить это, на рис. 1.69 приведены кривые мощности двигателя Р-40 фирмы Юнайтед Стирлинг , полученные при постоянных значениях среднего давления [29]. По ним легко видеть, что и здесь существует почти линейная зависимость между выходной мощностью и средним давлением цикла. Следует заметить, однако, что в реальных двигателях Стирлинга среднее давление цикла существенно не превыщает 20 МПа, так что при более высоких давлениях отмеченные тенденции могут и не проявиться. [c.76]

Одно из основных преимуществ двигателя Стирлинга — его термодинамическое совершенство, так как идеальный цикл Стирлинга имеет максимально достижимый термический КПД для заданных температур источника и стока тепла. Однако при изучении этого идеального термодинамического цикла становится ясно, что лишь немногие двигатели действительно работают по идеальному циклу Стирлинга и что такой цикл недостаточно точно отражает реальные процессы, хотя при более детальном анализе можно внести поправки, учитывающие это [c.221]

Идеальный цикл Стирлинга [c.222]

Если эффективность регенератора равна 100%, т. е. е=1, то соотношение (2.10) сводится к формуле (2.2), выражающей КПД идеального цикла Стирлинга (и цикла Карно). Отношение КПД идеального двигателя Стирлинга к КПД идеального цикла Стирлинга равно [c.224]

Существует несколько модификаций двигателя Стирлинга, но, видимо, слишком оптимистично было бы предполагать, что один и тот же идеальный цикл применим ко всем типам двигателя Стирлинга. Поскольку идеальные циклы касаются только термодинамики энергосиловой установки, отличие конкретного рабочего параметра от эквивалентного ему критерия работы служит мерой отклонения механических и гидравлических характеристик сконструированной системы, обусловленного выбранным механизмом привода, материалом и конструкцией теплообменника, конструкцией уплотнений, относительным мертвым объемом и т. д. При анализе идеального цикла возникают две основные проблемы во-первых, используемый цикл должен правильно описывать термодинамические особенности рабочего процесса (например, нельзя описывать адиабатный процесс как изотермический и наоборот) во-вторых, нужно выбирать наиболее полезные для практики, т. е. измеряемые, критерии работы, в противном случае анализ будет представлять лишь академический интерес. При анализе двигателя, работающего по циклу Стирлинга, наиболее трудной является, по-видимому, первая проблема. Если предположить, что процесс обмена энергией происходит в рабочих полостях переменного объема, то принципиально правильными в предельном случае будут модели изотермического процесса. Однако если в систему входят отдельные теплообменники, то перенос энергии в рабочих полостях переменного объема обычно мал по сравнению с переносом энергии в указанных теплообменниках, и в этом случае более точным будет предположение о том, что процесс газо- [c.230]

Если эти циклы рассматривать как некие эталоны, по которым можно судить о характеристиках реальных двигателей, работающих по циклу Стирлинга, то следовало бы как-то обосновать это утверждение. В качестве примера используем значения параметров двигателя 4-235 фирмы Филипс и рассчитаем идеальный индикаторный термический КПД двигателя, пред- [c.239]

В анализе Шмидта учитывается влияние непрерывного (а не дискретного) движения поршня. Все остальные предположения, использованные при анализе идеального цикла Стирлинга, сохраняются. Система двигателя делится на три основные части полость сжатия, полость расширения и мертвый объем. Последний при желании можно подразделить на отдельный объем, занимаемый теплообменниками, и вредное пространство в цилиндрах переменного объема. Для простоты мы не будем проводить такого деления. Поскольку в идеальной замкнутой системе масса рабочего тела постоянна, можно вывести основные уравнения, принимая этот факт за отправную точку анализа [c.293]

Двигатель Стирлинга представляет собой поршневой двигатель внешнего сгорания, использующий газ в качестве рабочего тела. Подобно всем тепловым машинам он имеет высокотемпературный и низкотемпературный теплообменники. Тепловая труба может быть использована для передачи теплоты от единого источника к отдельным цилиндрам многоцилиндрового двигателя. Тепловые трубы могут быть также использованы для передачи отводимой теплоты радиатору. Идеальный цикл Стирлинга изображен на рис. 7-15. [c.232]

Рис. 7-15. Идеальный цикл Стирлинга.

В цикле Стирлинга может быть Теоретически регенерировано количество теплоты Q или q (при наличии идеального регенератора). Примем, что регенерация теплоты в цикле отсутствует. Тогда [c.10]

Тепловой двигатель. Идеальный цикл Стирлинга состоит из четырех термодинамических процессов — двух изотермических и двух изохорных (рис. 1.1, а). Для иллюстрации работы двигателя на рис. 1.1,6 изображен цилиндр с двумя поршнями и расположенным [c.17]

Рис. 1.1. Идеальный цикл Стирлинга

Рис. 1.2. Идеальные циклы Стирлинга и Карно.

Рис. 1.3. Идеальный цикл Стирлинга для двигателя и холодильной машины.

Холодильная машина. Та же идеальная машина, с помощью которой было дано описание работы теплового двигателя по циклу Стирлинга, может быть использована и для ознакомления с работой холодильной машины с таким же циклом. Единственное различие состоит в том, что температура внешнего источника, от которого подводится теплота в процессе расширения, ниже, чем температура теплоносителя, отводящего теплоту в процессе сжатия (рис. 1.3). [c.20]

Рис. 1.4. Идеальный цикл Стирлинга а — холодильной машины б — теплового насоса.

Рис. 1.8. Идеальный цикл Стирлинга и изотермические процессы сжатия

Идеальный цикл Стирлинга, так же как и другие рассмотренные выше регенеративные циклы, представляет лишь теоретический интерес и практически неосуществим. И тем не менее реализовать его в тепловых машинах с той или иной степенью приближения можно. [c.31]

Формирование теоретического анализа работы двигателей Стирлинга связано с определенными допущениями и предположениями. Простейший анализ работы двигателей относится к идеальному циклу Стирлинга, состоящему, как известно, из двух изотермических и двух изохорных регенеративных процессов. Однако из-за значительной идеализации процессов цикла по сравнению с действительными такой анализ справедлив лишь для элементарных предварительных расчетов, [c.36]

Всестороннее рассмотрение обобщенного анализа и узлового метода математического моделирования Финкельштейна не является целью данной главы. Поэтому в этой главе будут рассмотрены лишь следующие вопросы а) уравнения, используемые при анализе идеального цикла Стирлинга б) основные положения и допущения изотермического цикла Шмидта в) описание адиабатного цикла Финкельштейна г) сравнения и краткие выводы о различных методах теоретического анализа двигателей Стирлинга е ссылками на литературные источники. [c.37]

Уравнения, используемые при анализе идеального цикла Стирлинга, приведены ниже. Следует еще раз напомнить о высокой степени идеализации такого цикла, обусловленной принятыми допущениями, а также о том, что применение этих уравнений ограничивается элементарными предварительными расчетами. [c.38]

В теории Шмидта предусмотрен гармонический закон движения поршней, в качестве основных допущений приняты изотермичность процессов сжатия и расширения и идеальность регенерации. Таким образом, несмотря на то, что эта теория также идеализирована, она несомненно более реалистична, чем идеальный цикл Стирлинга. При разумном подходе к интерпретации полученных результатов теория Шмидта может быть полезна при расчете двигателей. [c.39]

Для идеального цикла Стирлинга обычно исходят из того, что рабочее тело, перемещаясь из полости расширения в полость сжатия и обратно, последовательно проходит в обоих направлениях через нагреватель, регенератор и холодильник. Такое толкование является весьма упрощенным. В действительности рабочее тело никогда не проходит весь описанный выше путь, так как его частицы совершают лишь колебательные движения в ограниченных зонах двигателя. [c.98]

Идеальный регенератор. При предыдущем рассмотрении циклов Стирлинга и Шмидта предполагалась идеальная регенерация теплоты, которая может быть достигнута в случае, когда одна из двух температур рабочего тела или на входе в насадку регенератора (температура Те в конце процесса расширения), или на выходе из нее (температура в конце процесса сжатия) остается постоянной. Такой случай возможен при бесконечно медленном протекании процессов либо, когда коэффициент теплоотдачи или поверхность теплообмена бесконечно большие величины, а также в тех случаях, когда теплоемкости рабочего тела и насадки соответственно равны нулю и бесконечно большой величине. [c.107]

И в цикле Стирлинга, и в цикле Шмидта мгновенные значения давления в насадке одни и те же, так как идеальный регенератор не имеет гидравлического сопротивления. Кроме того, для цикла Стирлинга свободный объем считается равным нулю, а для цикла Шмидта — независимо выбранным параметром, составляющим часть общего свободного объема системы. [c.107]

Для получения холода и криогенных продуктов в малых и средних количествах (от нескольких граммов до нескольких килограммов в час) широко применяются криогенные газовые машины, рабочим телом которых чаще всего является гелий. Используются различные циклы, однако наиболее распространены машины, работающие по циклам Стирлинга (рис. 8.30, а) и Гиффор-да-Мак-Магона (рис. 8.30,6). Идеальный холодильный цикл Стирлинга (рис. 8.30, а) включает процессы изо-термного сжатия (при температуре То) и расширения (при температуре Г), а также изохорные процессы нагревания и охлаждения между температурами То и Т. Холодильный коэффициент идеального цикла Стирлинга равен холодильному коэффициенту цикла Карно. Действительный рабочий процесс существенно отличается от идеального. Степень термодинамического соверщенства действительных криогенных газовых машин азотного уровня температур достигает 35-40%, а для машин температур [c.328]

Строго говоря, уравнение (1.2) следовало бы назвать уравнением Стирлинга, поскольку цикл Стирлинга появился на несколько лет раньше цикла Карно, однако именно цикл Карно был принят в качестве идеального при оценке термического КПД. Следует знать также, что этому уравнению, определяющему верхний предел КПД, удовлетворяют не только циклы Стирлинга и Карно, но и некоторые другие идеальные циклы, например цикл Эриксона [7] и цикл Рейтлингера [31]. Влияние температур на термические КПД идеального цикла Отто и дизельного двигателя не так велико, как на КПД цикла Стирлинга. Максимальный КПД этих циклов определяется уравнением [32] [c.85]

Оказалось, что результаты, полученные при использовании псевдоцикла Стирлинга, соответствуют закономерностям и характеристикам реальных двигателей, хотя некоторые выводы и вызывают возрджения. Основные сомнения связаны с интерпретацией идеального цикла, поскольку, по некоторым замечаниям, в нем используются газодинамические процессы, которые не достижимы или не встречаются в практическом двигателе. Подобные замечания справедливы, но довольно очевидны, поскольку идеальные циклы по определению состоят из идеальных и обратимых термодинамических процессов, которые не достижимы в реальных устройствах. Однако использование идеальных циклов и интерпретацию результатов последующего анализа необходимо согласовывать с практическими возможностями. Проблема заключается в том, как найти зо.потую середину . Например, цикл с двойным сгоранием, используемый при анализе рабочего процесса, протекающего в дизеле, дает более реальные значения рабочих характеристик, чем исходный цикл дизеля, но его сочли гипотетическим циклом, выдуманным для того, чтобы получить приемлемые результаты, пока не отражающие идеальных характеристик дизельного двигателя [4]. Если бы критические замечания относительно псевдоцикла Стирлинга основывались на тех же доводах, они были бы более обоснованными. Во всяком случае, этот вопрос интересен в основном для педантов. Трудность проблемы состоит в том, что двигатели Стирлинга не работают по циклу Стирлинга, и в литературе царит путаница в вопросе о том, какие нужно применять критерии работы и рабочие характеристики. [c.229]

В оригинальном анализе Шмидта [15] применялись изотермическая модель и соответствующие термодинамические характеристики идеального цикла Стирлинга. Предполагалось, что происходит идеальное течение рабочего тела, т. е. без падения давления, и что процесс регенерирования также протекает идеально. Система двигателя была разделена на три части и для каждой из них применялось свое уравнение состояния, которым был и пока остается закон для идеального газа, хотя, как показано Органом [16], можно использовать и другие соотношения. Поскольку в замкнутой системе масса рабочего тела постоянна при любом положении поршня, можно вывести универсальное соотношение, связывающее все три полости. К этим полостям относятся [c.315]

Метод Шмидта можно обобщить, если применить адиабатную модель процесса на основе анализа псевдоцикла. При использовании этой модели рабочий объем делится не на три, а на пять частей. Считается, что процессы, происходящие в рабочих полостях переменного объема, являются адиабатными, а в теплообменниках — по-прежнему изотермическими, хотя предполагается, что стенки регенератора являются теплоизолированными, чтобы обеспечить идеальную регенерацию. Все предположения, использованные при анализе изотермических процессов, сохраняются, за исключением, разумеется, исходной модели процесса расширения и сжатия. Этот анализ известен под названием полуадиабатный, и он имеет такое же отношение к псевдоциклу, как изотермический метод Шмидта к идеальному циклу Стирлинга. [c.319]

Двигатели Стирлинга имеют множество различных названий. Наиболее характерные из них — это тепловые воздушные или тепловые газовые двигатели. Обычно им присваивают и специфические названия — двигатели Хейнричи, двигатели Робинсона, двигатели Ренкина—Напира и т. п. о приводит к неоднозначности в их терминологии. Очевидно, что выражение цикл Стирлинга применимо только для идеального термодинамического цикла, а название двигатель Стирлинга — для определенной разновидности машин. С точки зрения принципа действия рассматриваемого двигателя наиболее правильным было бы название тепловая регенеративная машина , но вводить этот термин в настоящее время слишком поздно, поэтому в дальнейшем во всех случаях будет широко использоваться лишь одно название двигатель Стирлинга . Четкое различие всегда можно сделать лишь между теми машинами, в которых управление потоком рабочего тела осуществляется или путем изменения его объема (двигатели Стирлинга), или с помощ ью клапанов (двигатели [c.9]

Идеальный цикл Стирлинга как частный случай изотермического цикла Рейлиса. В этом случае р = о = 1 а = р = т = г . == t. Так как Ту < Т2" < Та (Тг = Гз), то термический КПД (у-1)[т 1 Н-1пг -(т+1+ 1пг) +1] [c.25]

Тйвных циклов с изотермическими й адиабатными процессами сжатия и расширения. В своем сравнении они ограничились рассмотрением лишь циклов с регенеративными изохорными процессами. В качестве критерия они выбрали идеальный цикл Стирлинга. Цикл с адиабатными процессами сжатия и расширения они назвали псевдоциклом Стирлинга. В обоих случаях авторы исходили из того, что совершенство регенеративных изохорных процессов ниже, чем в идеальном цикле Стирлинга, и что оно зависит от эффективности регенератора. [c.31]

В идеальном цикле Стирлинга приняты следующие допущения рабочее тело — идеальный газ процессы сжатия и расширения — изотермические масса рабочего тела в любое время находится при соотЕетствующих неизменных условиях — или в полости сжатия, или в полости расширения внутренний (мертвый) объем регенератора равен нулю движение поршней — прерывистое процесс регенерации — идеальный гидравлические, механические и тепловые потери отсутствуют. [c.38]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...