活塞式熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)及其循環(huán)

活塞式熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)，又稱(chēng)斯特林（Stirling)發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種外部加熱的閉式循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。早在1816年英國(guó)工程師斯特林就提出了這種熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)的理想循環(huán)，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平較低，未能應(yīng)用于工程實(shí)踐。近年來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步及對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題的關(guān)注，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)重又引起人們的重視。

斯特林機(jī)按正向循環(huán)工作時(shí)可以作原動(dòng)機(jī)，對(duì)外輸出功；按逆向循環(huán)工作時(shí)，可以作熱泵。其結(jié)構(gòu)型式可以多種多樣,但循環(huán)原理基本相同。下面以雙缸活塞式熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)為例，簡(jiǎn)略介紹其構(gòu)造和工作循環(huán)。

雙缸活塞式熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)由兩個(gè)帶活塞的氣缸及加熱器、冷卻器和回?zé)崞鹘M成，如圖10-13所示。兩個(gè)活塞連在同一軸上，通過(guò)特殊的曲軸機(jī)構(gòu)使它們的移動(dòng)規(guī)律符合一定的要求。氣缸內(nèi)充有一定的工質(zhì)（如氦氣、氮?dú)獾龋?，由于兩個(gè)活塞的相互作用，使工質(zhì)在熱氣室和冷氣室之間來(lái)回流動(dòng)。循環(huán)由下列四個(gè)程組成：

1.定溫壓縮過(guò)程?；钊鸄處于上死點(diǎn)位置不動(dòng)，活塞B由下死點(diǎn)開(kāi)始上行，壓縮冷氣室里的低溫工質(zhì)，冷卻器起低溫?zé)嵩醋饔茫展べ|(zhì)放出的熱量,維持工質(zhì)溫度不變，理想情況下可實(shí)現(xiàn)定溫壓縮過(guò)程，

2.定容吸熱過(guò)程?；钊鸅和活塞A以同樣的速度分別上升和下降。實(shí)現(xiàn)定容情況下將冷氣室中的工質(zhì)推入熱氣室。

3.定溫膨脹過(guò)程?；钊鸅處于上死點(diǎn)位置不動(dòng)，熱氣室中高壓、高溫工質(zhì)膨脹推動(dòng)活塞A繼續(xù)下行至下死點(diǎn)對(duì)外作功，其間工質(zhì)通過(guò)起高溫?zé)嵩醋饔玫募訜崞?，吸收熱?維持工質(zhì)溫度不變。

4.定容放熱過(guò)程?；钊鸅和活塞A以同樣的速度分別下行和上行，各自達(dá)到下死點(diǎn)和上死點(diǎn)，將高溫工質(zhì)從熱氣室經(jīng)回?zé)崞髟诙ㄈ菹峦苹乩錃馐?。?jīng)過(guò)回?zé)崞鲿r(shí)，工質(zhì)放出熱蛩給回?zé)崞鳌?/p>

熱氣機(jī)的理想循環(huán)是由兩個(gè)定溫過(guò)程和兩個(gè)定容過(guò)程組成，理論上，斯特林循環(huán)的熱效率等于同溫限卡諾循環(huán)的熱效率。實(shí)際的斯特林循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，由于存在種種不可逆因素，回?zé)崞鞯男室膊豢赡苓_(dá)到百分之百，所以熱效率低于同溫限卡諾循環(huán)的理論熱效率，現(xiàn)在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率可達(dá)30%?45%。此外，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)可以采用價(jià)廉易得的燃料，亦可利用太陽(yáng)能及原子能作熱源。它的排氣污染少、噪音低，這對(duì)于緩解世界對(duì)優(yōu)質(zhì)能源的需求、減少污染無(wú)疑是有利的。