活塞式热气发动机及其循环

活塞式热气发动机及其循环

活塞式热气发动机，又称斯特林（Stirling)发动机，是一种外部加热的闭式循环发动机。早在1816年英国工程师斯特林就提出了这种热气发动机的理想循环，由于当时技术水平较低，未能应用于工程实践。近年来，随着技术的进步及对环境污染问题的关注，斯特林发动机重又引起人们的重视。

斯特林机按正向循环工作时可以作原动机，对外输出功；按逆向循环工作时，可以作热泵。其结构型式可以多种多样,但循环原理基本相同。下面以双缸活塞式热气发动机为例，简略介绍其构造和工作循环。

双缸活塞式热气发动机由两个带活塞的气缸及加热器、冷却器和回热器组成，如图10-13所示。两个活塞连在同一轴上，通过特殊的曲轴机构使它们的移动规律符合一定的要求。气缸内充有一定的工质（如氦气、氮气等），由于两个活塞的相互作用，使工质在热气室和冷气室之间来回流动。循环由下列四个程组成：

1.定温压缩过程。活塞A处于上死点位置不动，活塞B由下死点开始上行，压缩冷气室里的低温工质，冷却器起低温热源作用，吸收工质放出的热量,维持工质温度不变，理想情况下可实现定温压缩过程，

2.定容吸热过程。活塞B和活塞A以同样的速度分别上升和下降。实现定容情况下将冷气室中的工质推入热气室。

3.定温膨胀过程。活塞B处于上死点位置不动，热气室中高压、高温工质膨胀推动活塞A继续下行至下死点对外作功，其间工质通过起高温热源作用的加热器，吸收热量,维持工质温度不变。

4.定容放热过程。活塞B和活塞A以同样的速度分别下行和上行，各自达到下死点和上死点，将高温工质从热气室经回热器在定容下推回冷气室。经过回热器时，工质放出热蛩给回热器。

热气机的理想循环是由两个定温过程和两个定容过程组成，理论上，斯特林循环的热效率等于同温限卡诺循环的热效率。实际的斯特林循环发动机，由于存在种种不可逆因素，回热器的效率也不可能达到百分之百，所以热效率低于同温限卡诺循环的理论热效率，现在斯特林发动机的热效率可达30%〜45%。此外，斯特林发动机可以采用价廉易得的燃料，亦可利用太阳能及原子能作热源。它的排气污染少、噪音低，这对于缓解世界对优质能源的需求、减少污染无疑是有利的。