冲压引擎.DOCVIP

史特林引擎是一種外燃式的熱循環引擎，或稱為熱機。它是基於史特林熱循環的原理來產生運作，和一般汽車內燃式汽柴油引擎運作方式不同。史特靈引擎的理論效能幾乎接近熱機的最大理論效能－卡諾循環效能。卡諾循環是所有熱機運作期盼達到的理論，即由兩個等溫過程和兩個絕熱過程所組成的循環，此時功可以完全轉變為熱，且熱能完全轉變為功，這期間是可逆的。而當按照相反的順序實行操作，系統和外界都恢復原狀。事實上，這樣完全理想的循環，在現實上目前是不存在的。但從史特靈熱機的熱循環來看，是相當接近理論值的。 由於史特靈引擎屬於外燃機，它有幾項缺點：需提供熱能給它、啟動時間長，溫度的保持、無法立即改變功給熱量的高低…等問題，使得史特靈引擎的利用 隨著內燃引擎與電動機的出現，而漸漸被取代。雖然如此，但還是不得不承認史特靈引擎的運作效率是很高的(快接近卡諾循環)。 ?特靈引擎從熱力學理論來看，系統所做的功是可以 100%轉變為熱能，但是引擎的運作是利用熱能來轉換成動能，而實際上這樣的轉換是無法達到100%。通常熱機引擎的運作是利用溫度差來吸收與釋放熱量，其間的溫差轉變為所輸出的功。利用輸出的功，我們便可以用來推動運作其他機械，形成動力。 氣體的熱脹冷縮據熱學理論，具有質量的物質，會有熱脹冷縮的效應，所以當氣體遇熱會產生膨脹，遇冷則會收縮。1把橡皮綁在容器口上，我們能容易瞭解到受熱時橡皮會膨脹(圖2)，冷卻時橡皮會縮收(圖3)，這是加熱時，內部氣體壓力作用在橡皮上(圖2)，當然人的眼睛是無法看到氣體壓力的。 2.移氣器: 如果我們放入一個移氣器到容器內(圖4)，當移氣器自由上下移動時，即可以把容器內的氣體擠下或擠上。這個時候，如果我們在容器底端加熱，而在容器上端冷卻，使上下兩端具有足夠的溫差，即可看見此時橡皮會不斷膨脹及收縮。其原理如下：當移氣器上移，容器內的氣體被擠至容器底端，此時由於容器底端加熱，因此氣體受熱，壓力變大，此壓力經由活塞與容器間的空隙傳到橡皮，使得橡皮會膨脹(圖5)。由此可知移氣器的功用主要在於移動氣體，使氣體在冷熱兩端之間來回流動。 3.曲柄機構: 要讓移氣器上下移動，只要將移氣器與一曲軸連結(圖6) 。當曲軸旋轉時，移氣器就會被帶上及帶下。將移氣器與曲軸連結完畢之後，在容器底端加熱上端冷卻，只要用手轉動曲軸，使得移氣器移上及移下，此時橡皮便會重複膨脹及收縮(圖7) 。 4.動力活塞:橡皮的作用即如同一動力活塞。我們可以另加一根連桿接到上述的曲軸上，便可將橡皮的膨脹及收縮運動轉換為曲軸的旋轉運動。連接到移氣器的曲軸部位與連接到動力活塞的曲軸部位必須呈固定的角度差，一般是90度(圖8,9)。必須注意的是，移氣器本身不會動，而是被曲軸帶動，動力來源是動力活塞。 5飛輪: 如果只有上述的零件，引擎還是不能運轉。因為利用橡皮的膨脹或收縮 (圖8,9)，並無法讓曲軸旋轉一整圈。因此，必須加上一個有旋轉慣性的設備，即“飛輪”，才能達成連續的運轉。 一般採用的飛輪，最常見的是圓形飛輪，如圖10所示。如果除了慣性需求外，還要考慮平衡問題，則在曲軸旋轉面的另一端加一配重物充當飛輪，便可解決平衡問題(圖11)。 配合上圖，理想史特林引擎的熱力循環概念介紹如下： (1) a→b過程中，工作流體等體積吸熱升溫； ???(2) b→c過程中，工作流體等溫吸熱膨脹； ???(3) c→d過程中，工作流體等體積冷卻降溫； ???(4) d→a過程中，工作流體等溫冷卻收縮。 運作方式:卡诺循环是在两个温度恆定的热源（一个高温热源，一个低温热源）之间工作的循环过程。在整个循环中，工作物质和高温热源或低温热源交换能量，没有散熱漏氣等因素存在，卡诺循环是由两个平衡的等温过程和两个平衡的绝热过程组成。 工作物质与高温热源接触而吸热的过程是一个温度为 T1 的等温膨胀过程，同样，与低温热源接触而放热的过程是一个温度为T2的等温压缩过程。因为工作物质与两个热源交换能量，所以，当工作物质脱离两个热源时所进行的过程，必然是绝热的平衡过程。