斯特林发动机原理及应用介绍.ppt

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1、斯特林发动机原理及应用介绍王家乐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，它理想的热力循环称作斯特林循环。它具有两个明显优于内燃机的特点：一、能利用各种能源，无论是常用的液体燃料，还是气体燃料或固体燃料，甚至太阳能、化学反应能和放射性同位素能源，工厂废热只要是能产生一定温度的热量，斯特林发动机就可以工作。二、振动噪音低、排放污染小，具有良好的环境特性。相比内燃机其热源温度不需要太高，一般750℃以内远低于内燃机汽缸温度。而且热源燃烧连续，工质不燃烧。循环压力比通常小于2，运行平稳。外燃机出力和效率不受海拔高度影响

2、，非常适合于高海拔地区使用。三、相比内燃机的一个亮点——非常容易DIY斯特林发动机特点斯特林发动机原理及应用介绍5斯特林引擎历史斯特林引擎（Stirlingengine），是一种外燃机，它是英国牧师罗伯特·斯特林在1816年发明的热气引擎。6斯特林引擎历史1843年斯特林和其弟弟在原有基础上做出改进热效率由8%提高到18%，功率达到45匹马力，应用广泛。1853年制造了缸径4.26m的超大型热气机，总功率220kW，效率13%，装在2000吨的明轮船上。1910年后由于汽油机和柴油机的出现，斯特林发动机被完全淘汰。1937年

3、后菲利普开始现代斯特林发动机，取得大量专利。1958年后通用汽车公司也开始研究，主要是车用及特种斯特林发动机。目前斯特林发动机应用最广泛的是在碟式太阳能发电，和特殊环境的动力装置如API潜艇。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。主要包括热源热源、冷源、闭式循环系统、动力传动系统(包括工质密封系统)、负荷控调系统、起动等辅助系统。有别于依靠燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机。其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。8斯特林循环TheStirlin

4、gcycle斯特林循环两个等温过程两个等容过程卡诺循环两个等温过程两个绝热过程理论斯特林循环效率为卡诺效率，即是在一定的高温热源和低温热源之间工作的热机的最高效率。实际斯特林热机有很多热损失，主要有穿梭传热损失、泵气损失、回热损失、导热损失等。所以实际斯特林循环效率低于卡诺循环效率。实际循环如右图：斯特林发动机性能分析实际循环P-V图斯特林发动机的循环效率：其中：ε为回热器效率，系数τ=TH／TL；γ=CP/CV；V0=V1/V2；斯特林发动机作为动力装置，评价其性能好坏的主要指标是其输出功率和效率。从发动机的组成来看，尽管

5、影响发动机性能的因素很多，但是主要的影响因素还是闭循环系统的设计参数(包括加热器、回热器、冷却器的参数、传动机构的参数等)和运行条件参数(包括转速、工作介质的平均压力、加热温度和冷却温度等)斯特林发动机的性能模拟常用方法是实用等温分析法，之所以强调实用两字，是因为它与别的计算方法比较，即简单又较精确，作为斯特林发动机功率和效率的初步估算是最合适的一种方法。斯特林发动机性能分析11斯特林发动机的应用斯特林引擎在太阳能热发电领域“如日中天”自发明以来斯特林引擎的发展远不及内燃机等热机，但是，现在斯特林引擎在太阳能热发电领域又“如

6、日中天”（华尔街日报语）。斯特林碟式太阳能发电12碟式/斯特林太阳能热发电具有清洁、高效（最高热电转换效率约为29.4%，高于光伏22%的效率）、使用灵活（既可以作为分布式系统单独供电，也可以并网发电）的优点。近20年来在西方发达国家得到很快发展。目前分布式发电的碟式系统的成本与光伏电站的系统成本相近。特林太阳能发电的优势是可以在其热腔中加入燃气/燃油辅助加热装置，这样在光照不足的情况下也可以持续发电。相比光伏、风能，更加适合作为分布式发电系统。13斯特林发动机的其他应用随着科技的发展，300℃及更低热源温度的高效率斯特林发

7、动机已经生产出来，可以有效回收工业余热等废热资源。目前有报道，已经开始研究在计算机主板的散热风扇上使用，通过计算机芯片的发热来带动斯特林发动机，以此来给硬件降温。对于边远地区、荒漠和海岛等，架设电网的投资太大，采用柴油发电成本太高，而外燃机可以利用太阳能、沼气、植物、垃圾等发热源发电。上海市老港垃圾填埋场采用斯特林发动机回收沼气发电项目已经调试成功。斯特林发动机还有许多问题要解决，例如膨胀室、压缩室、加热器、冷却室、再生器等的成本高，热量损失较高，快速启动性能比较差等。所以，还不能大范围取代内燃机。斯特林发动机在结构设计、工

8、质流动特性、能量分布和传递转化、材料、可靠性设计等方面具有一定的难度。在发达国家,这些关键技术都已陆续获得了突破性的进展,并正在逐步走向商业化。目前主要以提高设备的可靠性、发电效率及自动化控制水平为研究方向。对我国来讲,下述关键技术有待进一步吸收消化和突破。①燃烧室设计②回热器设计③密封技