Apakah enjin Stirling? Bagaimanakah enjin Stirling berfungsi? Bagaimanakah enjin Stirling ditemui? Di kawasan apa ia digunakan? Bagaimanakah tenaga haba ditukar kepada tenaga gerakan? Butiran tentang enjin Stirling ada dalam artikel kami.
Apakah Stirling Engine?
Enjin Stirling ialah mesin yang menukarkan tenaga yang dijana oleh pemanasan luaran ruang tertutup kepada tenaga mekanikal. Juga dikenali sebagai enjin udara panas. Apabila udara yang dipanaskan mengembang dan memampat, enjin mula bergerak. Ia telah dicipta pada tahun 1816 oleh paderi Scotland, Reverent Robert Stirling. Enjin itu dibangunkan oleh abangnya, James Stirling. Pada zaman pencipta, mesin berkuasa wap digunakan dan ia agak berbahaya. Mereka mula mencari alternatif yang lebih dipercayai. Apa yang mereka mahu ialah menukar tenaga haba terus kepada tenaga gerakan.
Apa yang ada dalam Enjin Stirling?
- Omboh kuasa (displacer): Ia berfungsi untuk menggerakkan gas dalam ruang tertutup. Ia biasanya digunakan dalam enjin jenis beta dan alfa.
- Omboh: Ia membantu menukar tenaga haba kepada tenaga mekanikal dengan bergerak dalam silinder dalam enjin.
- roda tenaga: Ia adalah struktur di mana omboh dipasang. Tugas struktur ini adalah untuk memindahkan tenaga mekanikal yang dihasilkan ke bahagian yang bergerak.
- Penyejuk: Ia membantu menyejukkan gas di dalam ruang tertutup. Ia membantu enjin digunakan untuk tempoh yang lebih lama.
- Pemanas: Ia adalah bahagian paling penting dalam enjin. Ia digunakan untuk memanaskan gas dalam ruang tertutup untuk menukar tenaga haba kepada tenaga gerakan.
Di samping itu, dalam beberapa jenis enjin, ia boleh digunakan dalam komponen yang berbeza selain daripada ini. Ini sepenuhnya atas budi bicara pembangun.
Prinsip Kerja Enjin Stirling
Enjin Stirling beroperasi dengan pemanasan dan penyejukan berulang bagi sejumlah gas kerja yang terlindung (biasanya udara atau gas seperti helium, hidrogen).
Gas mempamerkan tingkah laku yang ditentukan oleh undang-undang gas (berbanding dengan tekanan, suhu dan isipadu). Apabila gas dipanaskan, kerana ia berada dalam ruang terlindung, tekanannya meningkat dan menjejaskan omboh kuasa, menghasilkan lejang kuasa. Apabila gas disejukkan, tekanan menurun dan akibatnya omboh menggunakan beberapa kerja yang dilakukan pada lejang kembalinya untuk memampatkan semula gas. Kerja bersih yang terhasil mewujudkan daya pada gelendong. Gas kerja mengalir secara berkala antara penukar haba panas dan sejuk. Gas kerja dimeterai dalam silinder omboh. Jadi tiada gas ekzos di sini. Tidak seperti jenis enjin omboh yang lain, injap tidak diperlukan.
Sesetengah enjin Stirling menggunakan omboh pembahagi untuk menggerakkan gas kerja ke sana ke mari antara tangki sejuk dan panas. Gas kerja bergerak dengan mengekalkan silinder pada suhu yang berbeza, terima kasih kepada penyambungan piston kuasa berbilang silinder.
Dalam enjin Stirling sebenar, penjana semula diletakkan di antara tangki. Haba ini dipindahkan daripada penjana semula apabila kitaran gas berlaku di antara bahagian panas dan sejuk. Dalam sesetengah reka bentuk, omboh pemisah ialah penjana semula itu sendiri. Penjana semula ini menyumbang kepada kecekapan kitaran Stirling. Struktur yang disebut di sini sebagai penjana semula sebenarnya adalah struktur pepejal yang tidak akan menghalang udara daripada melaluinya. Sebagai contoh, bola keluli boleh digunakan untuk kerja ini. Apabila udara bergerak antara bilik sejuk dan bilik hangat, ia melalui penjana semula ini. Sebelum udara panas mencapai bahagian sejuk, ia meninggalkan sedikit tenaga haba pada bola ini. Apabila udara sejuk mengalir ke bahagian panas, ia menjadi panas sedikit dengan tenaga haba yang dikeluarkan sebelum ini. Dengan kata lain, ia meningkatkan kecekapan enjin dengan memanaskan terlebih dahulu udara sebelum memasuki bahagian panas dan pra-penyejukan sebelum memasuki bahagian sejuk.
Kitaran enjin Stirling yang ideal mempunyai kecekapan teori yang sama seperti enjin haba Carnot untuk suhu masuk dan keluar yang sama. Kecekapan termodinamiknya lebih tinggi daripada enjin stim. (atau beberapa enjin pembakaran dalaman dan diesel yang mudah)
Mana-mana sumber haba boleh menghidupkan enjin Stirling. Enjin pembakaran luar, pembakaran dalam ungkapan sering disalahertikan. Sumber haba boleh dihasilkan melalui pembakaran, tetapi juga boleh menjadi tenaga suria, tenaga geoterma atau tenaga nuklear. Begitu juga, sumber sejuk yang digunakan untuk mencipta perbezaan suhu boleh menjadi bahan yang berbeza di bawah suhu ambien. Penyejukan boleh dicapai dengan menggunakan air sejuk atau penyejuk. Walau bagaimanapun, oleh kerana perbezaan suhu yang akan diperolehi daripada sumber sejuk adalah rendah, ia memerlukan kerja dengan jisim yang lebih besar, dan kehilangan kuasa yang akan berlaku dalam pengepaman akan mengurangkan kecekapan kitaran. Produk pembakaran tidak bersentuhan dengan bahagian dalaman enjin. Hayat minyak pelincir dalam enjin Stirling adalah lebih lama daripada enjin pembakaran dalaman.
Jenis Enjin Stirling
Terdapat 3 jenis utama enjin stirling. Jenis enjin lain ialah versi 3 enjin yang dipertingkatkan.
- Enjin stirling jenis alfa:
Ia terdiri daripada dua omboh, roda tenaga, ruang gas tertutup dengan omboh, penukar haba, penjana haba dan roda tenaga. Ia bertujuan untuk mengaktifkan gas di dalamnya dengan memanaskan kawasan omboh yang diletakkan di bahagian atas dengan sumber haba. Gas yang dipanaskan mula menolak omboh ke depan dan ke belakang, omboh lain yang disambungkan mula bergerak, supaya gas panas dan sejuk disesarkan di dalam ruang. Tenaga yang dijana dipindahkan dengan bantuan roda tenaga di mana kedua-dua omboh ini disambungkan.
- Enjin stirling jenis beta:
Terdapat 2 piston pada aci yang sama. Kedua-dua omboh ini disambungkan antara satu sama lain. Dengan memanaskan ruang dengan omboh di bahagian bawah, gas dalam ruang tertutup dipanaskan dan diaktifkan. Dengan cara ini, omboh memulakan pergerakannya ke atas. Omboh bersambung yang lain juga membantu gas sejuk bergerak di dalam ruang. Roda tenaga, yang mana omboh dipasang, memindahkan tenaga yang dijana.
- Enjin stirling jenis gamma:
Terdapat dua omboh berasingan. Ruang dengan omboh yang lebih besar dipanaskan dan gas di dalamnya diaktifkan. Dengan cara ini, omboh bersambung antara satu sama lain dengan roda tenaga mula bergerak.
Kelebihan Enjin Stirling
- Oleh kerana haba digunakan secara luaran, kita boleh mengawal campuran bahan api dan udara dengan tepat.
- Oleh kerana sumber haba berterusan digunakan untuk menyediakan haba, jumlah bahan api yang tidak terbakar adalah sangat kecil.
- Enjin jenis ini memerlukan kurang penyelenggaraan dan pelinciran berbanding jenis enjin pada tahap kuasanya.
- Mereka agak mudah dalam struktur berbanding dengan enjin pembakaran dalaman.
- Mereka boleh berfungsi walaupun pada tekanan rendah, ia lebih selamat daripada mesin sumber wap.
- Tekanan rendah membolehkan penggunaan silinder yang lebih ringan dan tahan lama.
Kelemahan Enjin Stirling
- Kosnya tinggi dari segi penjimatan bahan api, kerana haba yang diperlukan diperlukan pada permulaan pertama enjin.
- Agak sukar untuk membawa kuasanya ke tahap yang berbeza.
- Sesetengah enjin stirling tidak boleh dihidupkan dengan cepat. Mereka memerlukan kehangatan yang mencukupi.
- Secara amnya, gas hidrogen digunakan dalam ruang tertutup. Walau bagaimanapun, apabila molekul gas ini agak kecil, sukar untuk menyimpannya di dalam kebuk. Oleh itu, kami menghadapi kos tambahan.
- Bahagian yang lebih sejuk mesti menyerap haba yang cukup. Sekiranya kehilangan haba terlalu banyak, kecekapan enjin akan berkurangan.
Kawasan Aplikasi Enjin Stirling
Enjin stirling digunakan dalam enjin penerbangan berkuasa rendah, enjin marin, pam haba, gabungan haba dan sistem kuasa. Hari ini, ia kebanyakannya digunakan untuk menjana elektrik dalam bidang panel solar.
Jadilah yang pertama memberi komen