偶看新闻空调外机为什么会滴水:能源之星——斯特林引擎（一）
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/29 22:11:52
移气胴体和活塞如何在时序上恰好配合，使得工作流体先加热再膨胀，先冷却再压缩呢？最常用的是曲轴和连杆等构成的连动机构(drive mechanism)，但许多巧妙的方法也可达到同样的效果。
图3-2 显示斯特林引擎的工作流体理想化的PV图。在过程1（图中1→2状态），活塞假设不动，被压缩的工作流体经热再生器由冷区移到热区，工作流体被加热，等体积升温；过程2（图中2→3状态），活塞向外运动，工作流体停留在热区等温膨胀；过程3（图中3→4状态），活塞假设不动，工作流体经热再生器，由热区回到冷区，等体积降温；过程4（图中4→1状态），活塞向内运动，工作流体停留在冷区，作等温压缩。
如果热再生器在工作流体等体积降温时（3状态→4状态），热能完全储存在热再生器中，等体积升温时（1状态→2状态），储存在热再生器中的热能又完全释入工作流体中，即Q3→4=-Q1→2。在2状态至3状态的等温膨胀（温度较高，以Th表示），所做的功为：
(3.1)
其中n为工作流体莫耳数，R为气体常数，VL和VS分别是工作流体的膨胀后和压缩后之体积。
根据热力学第一定律，等温膨胀所作的功等于所获得之热能
(3.2)
同理，低温（TC不变）被压缩的过程中，工作流体所作的功和获得之热能分别为
＜ 0 (3.3)
(3.4)
因此，工作流体每循环一次所作的净功为：
(3.5)
等于PV图中封闭曲线所包围的面积。在完美热再生器的前提之下，斯特林引擎的效率为
(3.6)
即等于卡诺循环的效率。
然而，斯特林引擎有许多不同的设计，不同构造的斯特林引擎，其工作流体的PV图与图3-2中显示者多少有些出入。
此外，在真实的斯特林引擎中，活塞大多以近似时间正弦函数的方式运动，鲜少完全静止，所以工作流体能经历一段等体积过程，实为简化的假设；通常热再生器的效率亦难达到100%；而在温差气室冷区的工作流体也不容易完全移到热区加热，反之亦然，在热再生器中也会滞留一部分工作流体，这些没有参与温度变化的工作流体，形成所谓滞留体积(dead volume)，PV曲线图实际上会比图3-2所示的曲线平滑许多。
再加上工作流体在温差气室中移动时，各种阻滞力造成动能的损失(flow loss)，以及外燃加热时，热传导过程中的各种损失(heat transfer loss)，而工作流体等温膨胀或压缩的等温假设亦显有瑕疵，更使得实际斯特林引擎的效率与卡诺循环的效率不完全相等。
（未完待续）
责编：刘丽