沙漠中应用空气热机发电的方案设计

1、沙漠中应用空气热机发电的方案设计作者：四川大学 xxxx xxx摘要：利用空气热机的工作原理，以及考虑到其结构简单优点，设计了一种能应用于沙漠的太阳能空气热机发电机。该发电机利用了沙漠高强度的日照，只要将阳光进行聚焦，便可以产生局部高温，利用温差驱动空气热机。研究热机模型的工作效率，并通过实验，分析其可行性。关键词 ;空气热机；太阳能；沙漠1. 引言热机是将热能转换为机械能的机器。空气热机，以空气作为工作介质，是最古老的热机之一。因为沙漠干旱缺水，所以利用蒸汽机驱动不现实，而传统的太阳能发电设备有成本高的缺点，不利于建设大规模发电厂。本文设计了一种利用温差发电的空气热机。由于沙石的比热较低，这

2、就意味着在同样的日照下，沙石吸收热量的速度比空气更快。利用沙漠中的沙石，染黑后增加其吸热能力，并同时在凹面镜（或其它聚光器）聚光下，使沙石达到局部高温，而有遮盖处相对的温度较低，从而利用温差驱动空气热机。图1 空气热机设计简图2. 设计原理空气热机的结构及工作原理可用图2说明。热机主机由高温区，低温区，工作活塞及汽缸，位移活塞及汽缸，飞轮，连杆，热源等部分组成。热机中部为飞轮与连杆机构，工作活塞与位移活塞通过连杆与飞轮连接。飞轮的下方为工作活塞与工作汽缸，飞轮的右方为位移活塞与位移汽缸，工作汽缸与位移汽缸之间用通气管连接。位移汽缸的右边是高温区，可用电热方式或酒精灯加热，位移汽缸左边有散热片，

3、构成低温区。工作活塞使汽缸内气体封闭，并在气体的推动下对外做功。位移活塞是非封闭的占位活塞，其作用是在循环过程中使气体在高温区与低温区间不断交换，气体可通过位移活塞与位移汽缸间的间隙流动。工作活塞与位移活塞的运动是不同步的，当某一活塞处于位置极值时，它本身的速度最小，而另一个活塞的速度最大。图2 空气热机工作原理当工作活塞处于最底端时，位移活塞迅速左移，使汽缸内气体向高温区流动，如图1 a所示；进入高温区的气体温度升高，使汽缸内压强增大并推动工作活塞向上运动，如图1 b 所示， 在此过程中热能转换为飞轮转动的机械能；工作活塞在最顶端时，位移活塞迅速右移，使汽缸内气体向低温区流动，如图1 c 所

4、示；进入低温区的气体温度降低，使汽缸内压强减小，同时工作活塞在飞轮惯性力的作用下向下运动，完成循环，如图1 d 所示。在一次循环过程中气体对外所作净功等于P-V图所围的面积。根据卡诺对热机效率的研究而得出的卡诺定理， 对于循环过程可逆的理想热机，热功转换效率： = A/Q1 =（Q1-Q2）/Q1=（T1-T2）/T1 = T/ T1式中A为每一循环中热机做的功，Q1为热机每一循环从热源吸收的热量，Q2为热机每一循环向冷源放出的热量，T1为热源的绝对温度，T2为冷源的绝对温度。实际的热机都不可能是理想热机，由热力学第2定律可以证明，循环过程不可逆的实际热机，其效率不可能高于理想热机，此时热机效

5、率： T/ T1卡诺定理指出了提高热机效率的途径，就过程而言，应当使实际的不可逆机尽量接近可逆机。就温度而言，应尽量的提高冷热源的温度差。热机每一循环从热源吸收的热量Q1正比于T/n，n为热机转速，正比于nA/T。n，A，T1及T均可测量，测量不同冷热端温度时的nA/T，观察它与T/ T1的关系，可验证卡诺定理。当热机带负载时，热机向负载输出的功率可由力矩计测量计算而得，且热机实际输出功率的大小随负载的变化而变化。在这种情况下，可测量计算出不同负载大小时的热机实际效率。参考文献1 倪何，程刚，孙丰瑞：太阳能驱动的联合卡诺热机循环生态学性能研究，太阳能学报，31（12）：0254-0096.2

6、汤庆国，沈国浩：关于热机循环效率的讨论，赤峰学院学报，27（10）：1673-260X.The Design of Air Heat Engine Power Application Scheme Xxxx xxx Sichuan UniversityAbstract:The use of air heat engine working principle, as well as to account for its simple structure, designed a kind of application to the desert solar air heat engine generator.The generator uses the high strength desert sunshine, as long as the sun is focused, can produce local high temperature, using temperature difference to drive air engine.Study on the efficiency of heat engi