斯特林发动机说明书

目录一 斯特林发动机简介二 斯特林发动机研究设计的意义三 该款斯大林发动模型结构 四 该款斯特林发动机工作原理五 创新点分析六 方案可行性分析七 八 一斯特林发动机简介1 斯特林发动机性质斯特林发动机是伦敦的牧师罗巴特 斯特林（Robert Stirling）于 1816 年发明的，所以命名为“斯特林发动机”（Stirling engine）。斯特林发动机是独特的热机，因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气（或氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程2 斯特林发动机原理斯特林发动机是 一 种 外 燃 的 、 闭 式 循 环 往 复 活 塞 式 热 力 发 动 机 。 斯特林发动机可 用 氢 、 氮 、 氦 或 空 气 等 作 为 工 质 ， 按 斯 特 林 循 环 工 作 。在 热 气 机 封 闭 的 气 缸 内 充 有 一 定 容 积 的 工 质 。 气 缸 一 端 为 热 腔 ， 另 一 端 为 冷腔 。 工 质 在 低 温 冷 腔 中 压 缩 ， 然 后 流 到 高 温 热 腔 中 迅 速 加 热 ， 膨 胀 作 功 燃 料在 气 缸 外 的 燃 烧 室 内 连 续 燃 烧 ， 通 过 加 热 器 传 给 工 质 ， 工 质 不 直 接 参 与 燃 烧 ，也 不 更 换 。 已 设 计 制 造 的 斯特林发动机有 多 种 结 构 ， 可 利 用 各 种 能 源 ， 已 在 航 天 、陆 上 、 水 上 和 水 下 等 各 个 领 域 进 行 应 用 。 试 验 斯特林发动机的 功 率 传 递 机 构分 为 曲 柄 连 杆 传 动 、 菱 形 传 动 、 斜 盘 或 摆 盘 传 动 、 液 压 传 动 和 自 由 活 塞 传 动等 。 按 缸 内 循 环 的 组 成 形 式 分 ， 斯特林发动机主 要 有 配 气 活 塞 式 和 双 作 用 式两 类 。 在 一 个 气 缸 内 有 两 个 活 塞 作 规 律 的 相 对 运 动 ， 冷 腔 与 热 腔 之 间 用 冷 却器 、 回 热 器 和 加 热 器 连 接 ， 配 气 活 塞 推 动 工 质 在 冷 热 腔 之 间 往 返 流 动 。 热 力 循 环 可 以 分 为 定 温 压 缩 过 程 、 定 容 回 热 过 程 、 定 温 膨 胀 过 程 、 定 容储 热 过 程 四 个 过 程。3 斯 特 林 发 动 机 的 发 展斯 特 林 循 环 热 空 气 发 动 机 不 排 废 气 ， 除 燃 烧 室 内 原 有 的 空 气 外 ， 不 需 要其 他 空 气 ， 所 以 适 用 于 都 市 环 境 和 外 层 空 间 。 18 世 纪 末 和 19 世 纪 初 ， 热 机 普 遍 为 蒸 汽 机 ， 它 的 效 率 是 很 低 的 ， 只 有3 一 5 左 右 ， 即 有 95 以 上 的 热 能 没 有 得 到 利 用 。 到 1840 年 ， 热 机 的 效率 也 仅 仅 提 高 到 8 。 斯 特 林 对 于 热 力 学 理 论 的 研 究 ， 就 是 从 提 高 热 机 效 率的 目 的 出 发 的 。 他 所 提 出 的 斯 特 林 循 环 的 效 率 ， 在 理 想 状 况 下 ， 可 以 无 限 提高 。 当 然 受 实 际 可 能 的 限 制 ， 不 可 能 达 到 100 ， 但 提 供 了 提 高 热 效 率 的 努力 方 向 。二斯特林发动机设计研究的意义与 内 燃 机 相 比 斯 特 林 发 动 机 适 用 于 各 种 能 源 ， 无 论 是 液 态 的 、 气 态 的 或 固态 的 燃 料 ， 当 采 用 载 热 系 统 (如 热 管 )间 接 加 热 时 ， 几 乎 可 以 使 用 任 何 高 温 热源 (太 阳 能 放 射 性 同 位 素 和 核 反 应 等 )， 而 发 动 机 本 身 (除 加 热 器 外 )不 需 要 作任 何 更 改 。 同 时 热 气 机 无 需 压 缩 机 增 压 ， 使 用 一 般 风 机 即 可 满 足 要 求 ， 并 允许 燃 料 具 有 较 高 的 杂 质 含 量 。 热 气 机 在 运 行 时 ， 由 于 燃 料 在 气 缸 外 的 燃 烧 室 内 连 续 燃 烧 ， 独 立 于 燃 气的 工 质 通 过 加 热 器 吸 热 ， 并 按 斯 特 林 循 环 对 外 做 功 ， 因 此 避 免 了 类 似 内 燃 机的 爆 震 做 功 和 间 歇 燃 烧 过 程 ， 从 而 实 现 了 高 效 、 低 噪 和 低 排 放 运 行 。 高 效 ：总 能 效 率 达 到 80%以 上 ； 低 噪 ： 1 米 处 裸 机 噪 音 底 于 68dBA； 低 排 放 ： 尾 气 排放 达 到 欧 5 标 准 。 热 气 机 单 机 容 量 小 ， 机 组 容 量 从 20 50kw， 可 以 因 地 制 宜 的 增 减 系 统 容量 。 结 构 简 单 ， 零 件 数 比 内 燃 机 少 40 ， 降 价 空 间 大 ， 同 时 维 护 成 本 也 较 低 。随 着 全 球 资 源 日 益 匮 乏 ， 资 源 消 耗 严 重 ， 未 来 社 会 的 发 展 要 求 我 们 必 须去 寻 找 更 多 可 以 利 用 的 资 源 ， 斯 特 林 发 动 机 的 存 在 大 大 拓 宽 了 人 类 可 利 用 的资 源 。 因 此 ， 作 为 当 代 大 学 生 ， 积 极 学 习 斯 特 林 发 动 机 原 理 ， 研 究 和 制 作 斯特 林 发 动 机 有 着 广 泛 而 又 深 刻 的 意 义 。 我 们 此 次 的 作 品 也 正 是 以 次 作 为 出 发点 。该款斯特林发动机模型的结构 1 各零件结构（模型 具体尺寸 形状 加工时可适当改变）图 1 底座 图 2 热缸图 3 连杆 图 4 冷活塞图 5 冷气缸 图 6 飞轮支撑座图 7 飞轮 图 8 热活塞图 9 热外壳2 装配图图 10 装配图3 三维模型图 11四该斯特林发动机工作原理我们小组采用的两缸式斯特林发动机。主要采用气体的热胀冷缩的原理。在发动机内腔封入一定量的气体，然后斯特林循环的一系列活动会改变发动机内部气压，从而导致其做功。一个由外热源（如酒精灯）进行加热，另一个由外部冷却源（散热装置）进行冷却。两个气缸的气腔相通。斯特林循环由四个部分组成。1. 对加热式气缸（黄色试管）内的气体进行加热，气体膨胀，导致压力上升。这会强制活塞往右运动。这个过程是做功过程。2. 当试管内的活塞向右运动时，冷却管内的活塞就会向右运动。这会将热气推入冷却式气缸中，然后将气体快速冷却到冷却源的温度，从而降低压力。这有助于在循环的下一个环节压缩气体。3. 冷却式气缸中的活塞开始压缩气体。此压缩过程产生的热量会通过冷却源散发掉。4. 冷却管内的活塞向左运动，而试管中的活塞向右运动。这样就能强制气体进入加热式气缸，然后气体会快速升温，从而将压力提升至可重复循环的点。五创新点分析1 同类产品简介目前市场上亦有许多斯特林发动机模型，但大多数发动机模型工艺单纯。其换气机构往往不具备配齐定时效果。期中一些发动机在整个运动过程中热气缸和冷气缸持续连通，这样在加热过程中热气缸中大量气体泄漏至冷气缸，大大减少