原理
熱氣機(即斯特林發動機)的理想熱力循環，由等溫吸熱、等容放熱、等溫放熱和等容吸熱四個可逆過程組成：
(1)低壓低溫工質在向外冷源放熱的同時接受活塞定溫壓縮的過程；
(2)低溫工質在定容條件下 接受回熱器對其進行定容加熱的過程，壓力和溫度均相應升高；
(3) 高壓高溫工質在向外熱源吸熱的同時，推動活塞對外作功的定溫膨脹過程；
(4)高溫工質在定容條件下向回熱器進行定容放熱的過程，壓力和溫度均相應降低並回復到初態， 從而完成了一個閉式循環。兩個等溫過程是從高溫熱源吸熱和向低溫熱源放熱，而兩個等容過程的熱量則是循環內部的回熱，即等容吸熱過程恰好吸收等容放熱過程所放出的熱量。因此該循環是工作在一個高溫熱源和一個低溫熱源間的可逆循環。其p-υ圖和T-s圖示於附圖。
斯特林循環熱效率
斯特林循環的熱效率為：
斯特林循環式中 W 為輸出的淨功； Q為輸入的熱量。根據這個公式， η只取決於 T和 T， T越高、 T越低時，則 η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。
優點
斯特林循環主要優點是，在極限回熱的理想條件下（即定容放熱過程放出的熱量恰等於定容加熱過程所需吸入的熱量），其循環熱效率可等於相同溫度界限內卡諾循環的熱效率。但由於某些設備 （如加熱器等）的表面一直需在循環的最高溫度下工作，使該循環最高溫度直接受金屬耐熱性能的限制，以及存在摩擦等不可逆損失，故進 一步提高斯特林循環的實際熱效率還有一定的困難。這種循環逆向運轉時，則可成為性能係數最高的製冷循環或熱泵循環。
斯特林發動機
工作原理1816年，蘇格蘭人R.斯特林(Robert Stirling)曾以按該循環工作的熱空氣往復式“外燃機”申請專利，稱斯特林 發動機，又稱熱氣機。由於該機器的笨重，特別是受到發明內燃機的衝擊，長期來未得到廣泛套用。近年來斯特林循環重新又引起人們的重視，其原因是人們為了某種需要，希望有一種能燃用任何燃料或利用任何一種熱源熱量的高效熱機，另一方面傳熱學、流體力學知識以及對除空氣以外其他工質知識的增長，也提供了製造實用斯特林發動機的可能性。目前，斯特林發動機被用於包括航天技術在內的一些特殊領域。
