斯特林[英國城市]

什麼是斯特林熱機？

熱氣機（即斯特林發動機）的理想熱力循環，為19世紀蘇格蘭人R.斯特林所提出，因而得名。它是由兩個定容吸熱過程和兩個定溫膨脹過程組成的可逆循環，而且定容放熱過程放出的熱量恰好為定容吸熱過程所吸收。熱機在定溫(T1)膨脹過程中從高溫熱源吸熱，而在定溫(T2)壓縮過程中向低溫熱源放熱。

斯特林循環的熱效率為

公式中W 為輸出的淨功；Q1為輸入的熱量。根據這個公式， 只取決於T1和T2，T1越高、T2越低時，則 越高，而且等於相同溫度範圍內的卡諾循環熱效率。因此，斯特林發動機是一種很有前途的熱力發動機。斯特林循環也可以反向操作，這時它就成為最有效的制冷機循環。
斯特林循環可以分為4個過程：
①定溫壓縮過程:配氣活塞停留在上止點附近，動力活塞從它的下止點向上壓縮工質，工質流經冷卻器時將壓縮產生的熱量散掉，當動力活塞到達它的上止點時壓縮過程結束。
②定容回熱過程:動力活塞仍停留在它的上止點附近,配氣活塞下行，迫使冷腔內的工質經回熱器流入配氣活塞上方的熱腔，低溫工質流經回熱器時吸收熱量，使溫度升高。
③定溫膨脹過程：配氣活塞繼續下行，工質經加熱器加熱，在熱腔中膨脹，推動動力活塞向下並對外作功。
④定容儲熱過程：動力活塞保持在下止點附近，配氣活塞上行，工質從熱腔經回熱器返回冷腔，回熱器吸收工質的熱量，工質溫度下降至冷腔溫度。
在理論上，定容儲熱量等於回熱量，其循環效率等於卡諾循環效率。兩個活塞的運動規律是由菱形傳動機構來保證的。

斯特林（Robert Stirling， 1790—1878）

英國物理學家，熱力學研究專家。
斯特林對於熱力學的發展有很大貢獻。他的科學研究工作主要是熱機。熱機的研製工作，是18世紀物理學和機械學的中心課題，各種各樣的熱機殊涌而出，不斷互相借鑑，取長補短，熱機製造業興旺起來，工業革命處於高潮時期。
隨著熱機發展，熱力學理論研究提到了重要位置，不少科學家致力於熱機理論的研究工作，斯特林便是其中著名的一位。他所提出的斯特林循環，是重要的熱機循環之一，亦稱“斯特林熱氣機循環”。這種循環，是封閉式的，採用定容下吸熱的氣體循環方式。循環過程是：①等容吸熱加熱；②由外熱源等溫加熱；③等容放熱，供吸熱用；④向冷體等溫放熱，完成一個循環。在理想吸熱的條件下，這種循環的熱效率，等於溫度上下限相同的卡諾循環。利用這種循環的“斯特林熱機”，具有很多特點，如採用外燃，或外熱源供熱等。由於這種循環是封閉式循環，可採用傳熱性能好的工質，同時，工質的腐蝕性也可以很小，如氮氣、氫氣等氣體。充入的氣體工質，還可以加大壓力，視封閉系統的情況，能夠採用遠遠大於大氣壓力的高壓氣體工作，這樣可以提高發動機的單位重量的功率，減小發動機的體積和重量。斯特林熱機在逆向運轉時，可以作為制冷機或熱泵機，這種構想在現代已進入了實用研究階段。
斯特林循環熱空氣發動機不排廢氣，除燃燒室內原有的空氣外，不需要其他空氣，所以適用於都市環境和外層空間。
18世紀末和19世紀初，熱機普遍為蒸汽機，它的效率是很低的，只有3％一5％左右，即有95％以上的熱能沒有得到利用。到1840年，熱機的效率也僅僅提高到8％。斯特林對於熱力學理論的研究，就是從提高熱機效率的目的出發的。他所提出的斯特林循環的效率，在理想狀況下，可以無限提高。當然受實際可能的限制，不可能達到100％，但提供了提高熱效率的努力方向。

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用試管和玻璃注射器製作的斯特林發動機模型

用試管和玻璃注射器做個斯特林發動機,用蠟燭就可以轉，用酒精燈大概轉速在350左右，還有很大的改進餘地
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醫療用品商店。。各種試管、注射器、膠管都有 經過改進，功率大增，體積減小。最高轉速達到900轉/分，用個小蠟燭就可以帶動一個簡易發電機點亮發光管。發電機就是用0.23的漆包線繞2000匝，鐵芯用4個450電直的廢主軸。磁鐵就是用兩個10mm的磁鋼吸在鐵質飛輪上。Z q9I

咖啡杯上的斯特林發動機

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這種“熱回聲”式斯特林發動機里的鋼絲刷才起你說的冷熱交換作用
這個動力缸是玻璃的（玻璃注射器），所有發動機的動力缸都是玻璃的，塑膠注射器的阻力太大。
這個玻璃上沒有打孔，照片中的孔在鋁合金上，這個孔通到後面的一個延伸到到動力缸的底部的一個槽，和動力缸的塑膠堵頭聯通。
但是manson 發動機的玻璃上有打孔（見下圖），其實玻璃的切割和打孔很簡單的，甚至簡單過金屬的切斷，沒想像的那么難，切割我是夾在車床上用金剛砂輪切割，打孔就是用小台鑽夾上下面照片中塑膠盒裡的金剛砂魔頭打孔，幾分鐘內就可以完成。後聽人介紹有玻璃鑽頭買，下圖是我買的3,4,5,6mm的玻璃鑽頭，不過還沒來得及用。加工玻璃的時候要加水，防止玻璃粉塵飛舞

注射器上打的孔

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manson發動機內部結構後視，注意氣缸（注射器管）上有孔
manson發動機前視

原理大概給解釋一下：
此發動機有兩個衝程，且兩個衝程都是做功衝程。
此發動機有兩個活塞，圖中左邊的是配氣活塞（活塞和氣缸之間有間隙，以便空氣在冷熱端流動），右邊是動力活塞，兩活塞是剛性連線。並被動力活塞封閉成一個與外部隔絕的密封腔體。
當活塞從上止點往下止點（從左向右）移動時，將冷端的冷空氣壓向熱端，冷空氣在熱端受熱膨脹，腔體裡氣體壓力高於大氣壓，故進一步推動活塞向下止點移動（做功衝程）。
當活塞運動到下止點時，圖中管道C的X開口和動力氣缸的開口X接通（exhaust處），熱空氣通過管道C排出到外部。由於飛輪的慣性作用，活塞將從下止點向上止點（從右向左）移動，此時殘留在熱端的熱空氣將被壓向冷端，進入冷端的熱空氣被冷卻後收縮，將引起腔體內的氣體壓力下降到低於大氣壓，故動力活塞在外部大氣壓的作用下進一步向上止點（向左）移動（也是做功衝程）。
當活塞移動到上止點時，管道B被接通，外部的冷空氣通過此管道被吸入腔體（因為此時腔體內的氣壓低於大氣壓）。
如此往復循環。。。
下圖，是分解圖：對照我以前發的照片應該可以明白此發動機的原理和製作方法了吧？

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斯特林發動機做模型注意幾點;

我認為要效率高轉速快，主要在於與氣體溫度差和活塞直徑，它決定了活塞的最佳行程。假如冷卻的氣體溫度為t1，加溫後為t2，那么這個溫差t，決定了氣體的膨脹度V，再用V 除以氣缸的截面積，得出活塞行程L，然後再以這個L為參考值，考慮各種係數，最終決定L值，就得出了L1的長度了。不知道我這種思路對頭嗎？
請賜教。排氣口大小也很重要。再者要考慮大小活塞的直徑比，因為發動機運行時腔體的容積也在變化製作中注意幾點：
1.一定確保將發動機的摩擦阻力減到最小，只要能轉起來，獲得經驗後再考慮如果提高功率和轉速。
我在所有連桿處都加了軸承，並且配氣氣缸堵頭滑動摩擦處用了賽鋼塑膠（帶自潤滑），其實不用軸承和賽鋼塑膠也可以，不過第一次做還是努力點好。
2.L1和L2的夾角是90°
3.一般情況下L1大於L2，這樣做的效果是小溫差容易轉動，製作容易成功，但是如果要追求大功率和高轉速，L1＝L2或大於可能更好。我是試驗出來的，分析起來估計是L2越大壓縮比也越大。
4.連桿也不可以太短，要不配氣活塞容易晃動，增加運行阻力