Высокотемпературные модели стирлингов

Обсуждаем постройку моделей высокотемпературных стирлингов, из чего делаем, по каким схемам, делимся достижениями, советуемся.

Игорь, что вы используете в данных стирлингах? т.е какое вытиснитель

Вытеснитель из любой тонкостенной металлической трубки подходящего диаметра, всё что найдете вокруг

Кстати о вытеснителях, недавно наткнулся на видяшку "вечного" магнитного двигателя, к вечным двигателям я скептически отношусь но посмотрите на то как магнитики перемещяються, по моему оч интересный вытеснитель получился бы)))

Согласен, мысль интересная, у меня есть в продаже модель с магнитной связью, низкотемпературная, там тоже магнит в вытеснителе притягивается магнитом в поршне, всё отлично работает, такие конструкции нужно запоминать и держать в голове, на всякий случай, лично мне очень нравится такое решение.

Игорь, в Ваших моделях высокотемпературных стирлингов используется конструкция гамма-типа, насколько я понимаю. Есть циллиндр вытеснения и рабочий циллиндр.
Хочу заострить внимание на вытеснителе.
Он имеет циллиндрическую форму, а соответственно:
1/ Площадь сечения Пи*R*R
2/ Объём Пи*R*R*L
3/ Площадь поверхности (без учёта торцов для простоты предварительных расчётов) 2*Пи*R*L
4/ Отношение площади поверхности к объёму внутри данной поверхности равно 2/R. Фактически это число отражает эффективность прогрева/охлаждения воздуха в вытеснителе. Можно даже назвать его Коэффициент прогрева. Как видно, его значение уменьшается с увеличением радиуса.

Что дают нам эти рассуждения? Главным образом - осознание того, что с увеличением задуманной мощности стирлинга гамма-типа и, как следствие, с увеличением объёма рабочего тела и самого вытеснителя МЫ БУДЕМ ИМЕТЬ УМЕНЬШАЮЩИЙСЯ КПД.

Чтобы решить эту проблему, нужно делать вытеснитель не циллиндрической формы, а формы прямоугольного параллелепипеда с прямоугольным сечением, в котором длина много больше ширины.

Приведу в доказательство расчёты.

Для такого вытеснителя мы будем иметь:
1/ Площадь сечения А*В
2/ Объём А*В*L
3/ Площадь поверхности (без учёта торцов для простоты предварительных расчётов) 2*(А+В)*L
4/ Отношение площади поверхности к объёму внутри данной поверхности равно отношению периметра сечения к площади этого сечения и равно К=2*(А+В)/(А*В).
Это значение Коэффициента прогрева для такого вытеснителя. Из школьного курса математеки мы знаем, что минимум функции К находится в точке, в которой А=В
(это соответствует форме квадрата), а максимума нет.

Это легко доказать. Если считать, что объём вытеснителя - константа, длина тоже, то А*В=Const
В этом случае при А, стремящемся к бесконечности, значение в числителе также будет стремиться к бесконечности, следовательно, эффективность прогрева также будет стремиться к бесконечности.

Иными словами, идея в том, что теплопроводность воздуха очень мала и для более быстрого прогрева/охлаждения воздуха нужна как можно большая площадь соприкосновения поверхности вытеснителя с рабочим телом.

Пример. Имеем циллиндр (нагревательная половина вытеснителя) радиусом 5 см, его длину 10 см. При этих параметрах:

объём будет равен примерно 785 кубических см
площадь поверхности с учётом 1го торца будет равна примерно 314+78,5=392,5 квадратных см
Коэффициент прогрева равен 0,5 (см)

Теперь вычислим коэффициент для вытеснителя прямоугольной формы с тем же объёмом. Для него:

объём равен 785 кубических см по условию
площадь поверхности будет зависеть от ширины и высоты. Мы знаем, что их произведение должно быть равным 78,5 см^2, чтобы не отклоняться от заданного объёма. Пусть для сохранения реалистичности параметров высота будет равна 2 см, а ширина соответственно 78,5/2= 39 см
В этом случае площадь поверхности с учётом одного торца будет равна 820+82=902 см^2

Коэффициент прогрева равен 902/785=1,15

А это более чем в 2 раза превосходит показатель для циллиндрического вытеснителя. Единственной проблемой будут габариты вытеснителя. Но это, согласитесь, технически решаемый вопрос. Нетрудно догадаться, что при ширине не 39, а 100 см, коэффициент станет ещё вдвое больше, но двигать дисплейсер шириной в метр будет ещё сложнее, чем шириной в 39 см из-за перекосов. Но перекосы - проблема решаемая. По крайней мере в стеклоподъёмниках всех иномарок решена (тут только "Лады" отстают пока) Впрочем, эту проблему можно решить, всего лишь увеличив длину вытеснителя с 10 см до 40, скажем. Тогда ширина вытеснителя уменьшится также в 4 раза.

А вот если нужно увеличить эффективность, такая форма практически идеальна для очень быстрого нагрева и охлаждения воздуха за то небольшое время, пока он находится в соответствующем отсеке.

Что Вы думаете по этому поводу, Игорь?

Конечно, это будет иметь смысл лишь в том случае, если не используется регенератор и дисплейсер не должен "ходить" почти вплотную к стенкам, чтобы воздух "гнался" не напрямую, а именно через регенератор. Ведь в этом случае трение будет таким большим, что двигатель будет не запустить...

Однако, если регенератора нет, и воздух из горячей зоны в холодную и затем обратно гонится напрямую, думается мне, такая система вполне хороша.

Идея интересная.
Позвольте тоже поделиться некоторыми идеями.
Идея с длинным вытеснителем при малой ширине интересна еще тем, что позволяет нагревать поверхность за счет протекающей горячей жидкости или вертикальной печной трубы. Мне кажется, что вопрос с движением подобного вытеснителя должен решатся за счет закрепления одной из его сторон на шарнире. При этом желательно добиться эффекта движения водуха вдоль нагревающей и охлаждающей поверхности - потери на трение скомпенсируются равномерным распределением прогрева/охлаждения воздуха.
Но не менее важно также увеличивать рабочее давление в системе, на атмосферном давлении больших мощностей не добиться.
Также есть мысли использовать возникающую в высокотемпературных стирлингах вибрацию для работы микрокомпрессора, поддерживающего давление в системе при наличии небольших утечек через поршневую пару.
Может, конечно в чем-то и ошибаюсь. Тогда поправте.

Теоретически, на счет прямоугольной формы, Роман, Вы правы, но практически всё это делать помоему нет смысла. Вы сами, в конце, вторым сообщением, ответили на соё предложение, для мощных высокотемпературных стирлингов идут другим путём увеличения площади теплосъёмника, а если учитывать, что и давление у них на порядок больше, то квадратная форма не идеальна в этом плане. Но главный минус конечно - это не практичность особенно в изготовлении, квадратные формы будут требовать сложной системы их стабилизации и т.п. Между теорией и практикой как всегда не всё идеально, в жизни простота в изготовлении всегда берёт верх над более высокой производительностью с более сложной конструкцией.

Кстати, Игорь. Если не секрет, какая мощность была у модели, которая у Вас на 16 -й странице в разделе "Мои модели" ?...

Роман пишет:Кстати, Игорь. Если не секрет, какая мощность была у модели, которая у Вас на 16 -й странице в разделе "Мои модели" ?...

Мощность маленькая - в пределах 3-5 ват максимум, из двигателей такого простого типа, открытого, без накачки давлением, больше ничего и не выжмеш, в этом я уже убедился и с этим закончил, теперь собираю средства на закрытую модель, под давлением до 10атмосфер, что бы мощность уже была хотябы ват 100

игорь делайте уж как на ДВС видом чтоб похожь был))

Игорь, закрытые модели Вы собираетесь делать примерно такого формата?

И ещё сразу вопрос. Неужели, если увеличить все параметры пропорционально в 2 раза, мощность не вырастет в 8 раз? Ведь объём увеличится в 8 раз, коэффициент расширения воздуха тот же, а значит усилие на поршень должно увеличиться прямо пропорционально...

infiniacorp.com/howitworks.html

Роман пишет:Игорь, закрытые модели Вы собираетесь делать примерно такого формата?

И ещё сразу вопрос. Неужели, если увеличить все параметры пропорционально в 2 раза, мощность не вырастет в 8 раз? Ведь объём увеличится в 8 раз, коэффициент расширения воздуха тот же, а значит усилие на поршень должно увеличиться прямо пропорционально...

В том то и дело, что при таком простом увеличении размеров двигателя, мощность растёт ну в лучшем случае пропорционально, но никак не в кубе. На мощность стирлинга гораздо большее влияет теплопроводность рабочего тела, а не его объём. Повышаем давление - повышаем плотность газа, а значит повышаем теплопроводность и т.д.

Роман пишет:infiniacorp.com/howitworks.html

Что бы ссылки посылать - нужно регестрироваться

Как Вы считаете, Игорь, а если в нагревательный циллиндр залить немного воды, чтобы она в процессе работы двигателя превратилась в пар и тем самым повысила теплопроводность?... соответственно увеличив мощность стирлинга...

Роман пишет:Как Вы считаете, Игорь, а если в нагревательный циллиндр залить немного воды, чтобы она в процессе работы двигателя превратилась в пар и тем самым повысила теплопроводность?... соответственно увеличив мощность стирлинга...

Идея не новая, в литературе по стирлингам можно встретить подобные попытки, но как там пишут особого эфекта это не произвело. Я лично ничего сказать не могу, поскольку сложно представить сам процесс, надо только пробовать.

Стирлинг обязан отдавать тепло, а не накапливать внутри себя. Так ведь?

Ну в общем мысль использовать водяной пар на это и направлена: теплопроводность больше - а следовательно, тепло по идее должно быстрее передаться охлаждающему циллиндру.

По идее пара там не должно быть в ожидаемом кол-ве: он обязан сконденсироваться в холодной части. Соответственно даже под наклоном в сторону горячей части вода будет передвигаться гораздо медленней, чем пар будет от туда улетать. Кароче, воды в цилиндре будет больше, чем участвует в парообразовании. Тут и до гидроудара недалеко.
Если конденсации не будет, то налицо неэффективность охлаждения.

Есть идея очень хорошая!.. есть элементы ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ (америкосы вроде продют ввиде проводов) -> http://ru.wikipedia.org/wiki/Термоэлектрические_явления

Тупо при нагревании вырабатывается электричество так вот... на нагреваемую часть стирлинга прилепить этот эелемент, и к маховику эелектромотор(что типа стартера) , когда двигтаель нагревать будете то там ток будет вырабатываться и на стартер, а тот его как бы заведет) и будет обороты поддерживать

MyXa пишет:Есть идея очень хорошая!.. есть элементы ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ (америкосы вроде продют ввиде проводов) -> http://ru.wikipedia.org/wiki/Термоэлектрические_явления

Тупо при нагревании вырабатывается электричество так вот... на нагреваемую часть стирлинга прилепить этот эелемент, и к маховику эелектромотор(что типа стартера) , когда двигтаель нагревать будете то там ток будет вырабатываться и на стартер, а тот его как бы заведет) и будет обороты поддерживать

да, но ведь этот элемент будет забирать какое-то кол-во тепла на себя, т.е. не вся энергия пойдет на нагрев стирлинга. А, если, мощность стирлинга превысит мощность этого электромотора, то электромотор будет для стирлинга лишней нагрузкой. Хотя тогда можно поставить систему, которая в этом случае отключает термо элемент от электромотора и начинает заряжать что либо от этого элемента и от электромотора.

Admin_Игорь пишет:Обсуждаем постройку моделей высокотемпературных стирлингов, из чего делаем, по каким схемам, делимся достижениями, советуемся.

Игорь, вы отлично сделали последнюю высокотемпературную модель, но принудительное обдувание холодильника двигателя там просто напрашивается. Мне кажется, что энергия, потраченная на обдув с легвой окупиться за счет стабильности разности температур и возможности использования более мощных (или рациональных) нагревателей.

MyXa пишет:Есть идея очень хорошая!.. есть элементы ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ (америкосы вроде продют ввиде проводов) -> http://ru.wikipedia.org/wiki/Термоэлектрические_явления

Тупо при нагревании вырабатывается электричество так вот... на нагреваемую часть стирлинга прилепить этот эелемент, и к маховику эелектромотор(что типа стартера) , когда двигтаель нагревать будете то там ток будет вырабатываться и на стартер, а тот его как бы заведет) и будет обороты поддерживать

Это действительно хорошая идея. Я поддерживаю и приветствую комплексный, самосогласованный подход.

И не только америкосы могут делать Пельтье-элементы. Они есть и в России. Но у этих элементов есть "неизлечимая" болезнь: они страшно боятся перегрева. Несколько градусов перегрева в течение нескольких минут их полностью убивают. Поэтому работа в паре со стирлингом будет полезна обоим. Располагать Пельтье-элементы нужно не на нагревателе, а на холодильнике - у них очень низкое тепловое сопротивление. А холодный спай охлаждать водой.