斯特林发动机说明书

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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2050kw，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

6、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

7、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，大大减少了可做功的热气量，同时热气泄漏至冷气刚中使冷气缸中气体温度升高，使本来冷却降压的冷气缸中气体压降变小，