在第十九世纪初期,蒸汽机在各种场合发挥着很大的作用.。然而,他们在许多方面仍然不完善。一个最大的问题是锅炉有爆炸的危险,这会造成人员的伤亡。于是斯特林博士,一个教士,结合了前人的研究基础,提出了斯特灵发动机的概念。今年正巧是该发动机的200周年纪念。斯特灵发动机具有在理论上具有很高的热效率。它也是一个相对简单的机器。不像其他类型的发动机,这使得机械设计简单得多。

 

斯特灵发动机的原理

斯特灵引擎与其他的引擎相比,有两个不同温度的工作区,发动机不同的工作区之间移动进行工作。在右边的动画里,冷区是蓝色的,包含了动力活塞.。热区是红色和包含另一个活塞。当对热区加热,气体膨胀,推动动力活塞产生工作.。当动力活塞到达其冲程结束时,置换气体向左移动,移动的气体从热到冷区。气体冷却并收缩,动力活塞向左移动.。然后周期重复。

斯特灵引擎有两种基本配置,一种是我们上面讨论过的型号,另一种是在左边显示的alpha型号。操作的方法是相同的。在阿尔法发动机中,有两个动力活塞连接在曲轴的相同点,在两个气缸之间穿梭。关键的核心部件是一个热交换器,放置在热和冷区之间。

 

所需的材料还有待解决

在杰姆斯兄弟(工程师)的帮助下,斯特灵继续改进设计.。他们的发动机是作为蒸汽机的替代品生产和销售的.。但为了达到最大的功率和效率,斯特灵发动机需要在高温下运行.。早期的材料根本无法胜任这项工作,因此经常发生故障.。但在同一时间段内,蒸汽机也在演变,变得更加安全。

斯特灵发动机的功率输出明显大于相同功率的蒸汽机。正因为如此,他们在一些特别的应用中可以使用,主要用来替代蒸汽机和新的内燃机。斯特灵发动机在低功率应用中,如通风机、水泵等。但最终,即使在这些应用中,这项技术也被电动机取代了.。虽然之后钢铁的发展解决了许多发动机的故障,但为时已晚.

 

斯特灵汽车

曾经有人努力开发出了汽车版的斯特灵发动机。1986MOD II项目生产了一种具备热效率38.5%的发动机(现代汽车发动机在20-25%的范围)。发动机在一辆雪佛兰客货两用车上进行了测试,行驶里程数可以从26增加到33英里。但有一个缺点是启动时间约为30.。然而,福特开发了一个版本的内部加热器,可以将启动发动机时间缩短到几秒钟内。不过由汽车制造商削减研究经费并且缺乏继续研究的兴趣,妨碍了汽车斯特灵发动机的持续发展。

 

找到自己的定位

除了制冷机,斯特灵发动机在实际使用中还有其他的一些应用。如斯特灵自由活塞发动机(FPSE),利用交变磁场来驱动活塞,产生温度差。由于使用的是磁性驱动器,没有必要进行密封或垫圈,所以该设备可以被完全密封。由于其高可靠性,它被美国宇航局用于冷却卫星仪器。

未来可能的用途包括海水淡化设备,采用水蒸气蒸馏法净化水。它可以使用任何形式的燃料来驱动斯特灵发动机。在太阳能应用方面、斯特灵发动机可以被放置在抛物面反射镜的焦点上,采用这种装置的效率优于非聚光光伏技术。

他们也被提议替换核电站的蒸汽涡轮机,从而消除了系统中对水的需求.。另一个核应用是斯特灵发动机,它使用核燃料作为热源,为太空探索提供多年的动力.

近年来,在家庭使用的一个有趣想法已经得到了应用:微型热电联产,这是一种技术,从个人住宅中产生热量和电力。它是一个发动机驱动的发电机,与电网相连,运行在化石燃料上,发电机产生电,废热进入热交换器,提供热水.            

如果你想尝试斯特灵发动机,我们有好消息,因为它是最简单的引擎之一,你可以自己建造。经过200年的历史,目前还不清楚我们是否会看到斯特灵在引擎世界中占据重要地位,或是否会留在利基应用。我们当然希望是这样。


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