Stirling ciklus

A Stirling-ciklus egy termodinamikai ciklus , amely leírja a Stirling-gép működési folyamatát , amelyet 1816-ban szabadalmaztatott a skót feltaláló , Robert Stirling , hivatása szerint plébános.

Az absztrakt Stirling-gép a munkafolyadékon, a fűtőberendezésen és a hűtőszekrényen kívül regenerátort is tartalmaz - egy olyan eszközt, amely a ciklus egyes szakaszaiban hőt von el a munkaközegből, és más szakaszokban ezt a hőt adja a munkaközegnek. Az ideális Stirling-ciklus a következő folyamatokból áll:

1-2 a munkaközeg izoterm expanziója a fűtőberendezés hőellátásával;
2-3 izochor hőelvezetés a munkaközegből a regenerátorba;
3-4 a munkafolyadék izoterm kompressziója hőelvezetéssel a hűtőbe;
A munkaközeg 4-1 izokór fűtése a regenerátor hőellátásával.

Egy mól munkaközeg alapján a fűtőberendezésből ciklusonként szolgáltatott hőt (lásd izotermikus folyamat ) a következő kifejezés határozza meg: (itt az univerzális gázállandó ). $Q_{1-2}=R\,T_{1}\,\ln(V_{2}/V_{1})$ $R$

Ciklusonként eltávolított hő a hűtőszekrénybe: . $Q_{3-4}=R\,T_{4}\,\ln(V_{2}/V_{1})$

A 2-3 folyamatban a regenerátornak leadott és onnan a 4-1 folyamatban visszaadott hő egyenlő: . (itt - az ideális gáz moláris hőkapacitása állandó térfogat mellett) Ez a hő a rendszerben tárolódik, része a belső energiájának , amely a ciklus során nem változik. A regenerátor így lehetővé teszi a fűtőelem által fogyasztott hő megtakarítását a hűtőnek elvezetett hő csökkentésével, és ezáltal a Stirling-motor termodinamikai hatásfokának növelését. $Q_{2-3}=Q_{4-1}=C_{V}\,(T_{1}-T_{4})$ $ÖNÉLETRAJZ$

Az ideális Stirling-ciklus termikus hatásfoka : . Ugyanez a kifejezés határozza meg a Carnot-ciklus termikus hatásfokát . $\eta ={\frac {Q_{{1-2}}-Q_{{3-4}}}{Q_{{1-2}}}={\frac {T_{1}-T_{4} }{T_{1}}}$

A Stirling-ciklushoz hasonló, de regenerátor nélküli ciklus megvalósítható, bár kevésbé hatékony. Az ilyen ciklus 2–3. izokoros folyamatában a hőt a munkaközegből közvetlenül a hűtőbe vonják el, a 4–1. folyamatban pedig a fűtőből. Egy ilyen ciklus hatékonyságát a következő kifejezés határozza meg: . Könnyen belátható, hogy ez a kifejezés a nullától eltérőre és a regenerátorral végzett ciklus azonos értékeire és értékeire kisebb értékű. $\eta ={\frac {Q_{{1-2}}-Q_{{3-4}}}{Q_{{1-2}}+Q_{{4-1}}}}$ $Q_{4-1}$ $Q_{1-2}$ ${\displaystyle Q_{3-4))$

Az ellenkező irányba haladva (4-3-2-1-4) a Stirling-ciklus a hűtőgépet írja le. Ebben az esetben a , , és a hőátadás irányai felcserélődnek. A Stirling-hűtési ciklus megvalósíthatóságának elengedhetetlen feltétele a regenerátor jelenléte, mivel a termodinamika második főtétele szerint egy izochor folyamatban (3-2) lehetetlen a munkaközeget melegíteni egy hűtőgépből alacsonyabb hőmérsékleten, vagy a folyamat során a hőt (1–4) átadja a munkaközegből a magasabb hőmérsékletű fűtőberendezésbe. ${\displaystyle Q_{4-3))$ $Q_{3-2}$ $Q_{2-1}$ ${\displaystyle Q_{1-4))$

Lásd még

Linkek

G. Walker STIRLING ENGINES B. V. SUTUGIN és N. V. SUTUGIN rövidített fordítása angolból