Высокотемпературные модели стирлингов

Предлагаю идею, сделать на поверхности дисплейсера несколько неглубоких тонких канавок вытянутой спиралеобразной формы для того, чтобы часть рабочего тела, протекая по ним, обретала направление, отличающееся от прямолинейного и создавала некоторую (небольшую) турбулентность в цилиндре, что, по-моему, должно несколько увеличить теплообмен. Пока это только теория, практических экспериментов в этом плане я не делал. Но на мысль меня навела конструкция двухтактного двигателя внутреннего сгорания, где смесь, подаваемая в цилиндр из впускного окна, в некоторой мене способствует охлаждению цилиндра. Еще идея сделать внутреннюю поверхность цилиндра несколько развитой, т.е. со слегка большей поверхностью, можно за счет мелкой насечки, за счет травления или еще как...

alex_koa пишет:Предлагаю идею, сделать на поверхности дисплейсера несколько неглубоких тонких канавок вытянутой спиралеобразной формы для того, чтобы часть рабочего тела, протекая по ним, обретала направление, отличающееся от прямолинейного и создавала некоторую (небольшую) турбулентность в цилиндре, что, по-моему, должно несколько увеличить теплообмен. Пока это только теория, практических экспериментов в этом плане я не делал. Но на мысль меня навела конструкция двухтактного двигателя внутреннего сгорания, где смесь, подаваемая в цилиндр из впускного окна, в некоторой мене способствует охлаждению цилиндра. Еще идея сделать внутреннюю поверхность цилиндра несколько развитой, т.е. со слегка большей поверхностью, можно за счет мелкой насечки, за счет травления или еще как...

НИЧЕГО НЕ ПОЛУЧИТСЯ. ЗАТЕЯ НЕ ИЗ ЛУЧШИХ

А почему, по-вашему, ничего не получится? Канавки я бы сделал наподобие нарезов на стволе, только там они на внутренней поверхности, а здесь были бы на внешней... хотя можно и не трогать вытеснитель, а канавки сделать на стенке цилиндра, таким способом увеличив немного площадь поверхности плюс создав немного интенсивней теплообмен за счет направления движения потоков газа.

Идея не "ахти". Ничего это не даст

Имхо, ответить "не получится" не аргументировав, можно всегда, но прошу еще раз предоставить аргументы своей позиции. По-моему, в цикле передачи тепла в двигателе Стирлинга, важна каждая мелочь и каждый джоуль не будет лишним, если это перерастет в увеличение КПД, хотя даже и немного.

alex_koa пишет:прошу еще раз предоставить аргументы своей позиции. По-моему, в цикле передачи тепла в двигателе Стирлинга, важна каждая мелочь и каждый джоуль не будет лишним, если это перерастет в увеличение КПД, хотя даже и немного.

Делать спиральные канавки на вытеснителе просто нет смысла, он ведь не нагревается и не охлаждается по нормальному, другое дело головка нагрева изнутри, или внутренняя поверхность холодной части, там эти канавки даже очень желательны, более технично называть их рёбрами - нагрева или охлаждения, такие ребра и делают в более сложных и мощных стирлингах. Правда в кустарных условиях качественно их сделать не возможно. А вот спиралить их нельзя, это только будет создавать лишнее сопротивление прокачиваемому по ним воздуху, а это плохо, ибо требует большего усилия для движения вытеснителя, а нам ведь этого не хочется , лучше ведь пустить это усилие на полезную работу

Предлагаю канавки-насечки заменить на "низкотехнологичные" отверстия.

samorez пишет:Предлагаю канавки-насечки заменить на "низкотехнологичные" отверстия.

Схема интерестная, но сама конструкция не позволяет эти отверстия эффективно охлаждать/нагревать. То есть пустого канала внизу быть не должно, поэтому мне кажется, что медная губка там будет эффективние - есть прямой контакт с нагревателем. Кроме того, цилиндр в цилиндре, с частичным заполнением пустот губками, самоя простая в исполнении конструкция. Хотя если взять толстое алюминивое основание, и аккуратно просверлить вертикальные отверстия, попадающие в продольные, то на мой взгляд должно быть эффективно

https://www.youtube.com/watch?v=GRpbXYpbbzE


Я сделал новую модель))))

Admin_Игорь пишет:
Делать спиральные канавки на вытеснителе просто нет смысла, он ведь не нагревается и не охлаждается по нормальному, другое дело головка нагрева изнутри, или внутренняя поверхность холодной части, там эти канавки даже очень желательны, более технично называть их рёбрами - нагрева или охлаждения, такие ребра и делают в более сложных и мощных стирлингах. Правда в кустарных условиях качественно их сделать не возможно. А вот спиралить их нельзя, это только будет создавать лишнее сопротивление прокачиваемому по ним воздуху, а это плохо, ибо требует большего усилия для движения вытеснителя, а нам ведь этого не хочется , лучше ведь пустить это усилие на полезную работу

Я не предлагаю спиралить их настолько сильно, но если их расположить под некоторым углом (небольшим, до 15 градусов), то увеличится интенсивность передачи тепла. В общем, неплохо бы поэкспериментировать с величиной угла...

MyXa пишет:https://www.youtube.com/watch?v=GRpbXYpbbzE


Я сделал новую модель))))

Молодец, МуХа! Продолжайте в том же духе дальше! Но только, то что Вы сделали, называется низкотемпературным стирлингом. Но я уверен, что высокотемпературный не за горами.

Айрат пишет:...но сама конструкция не позволяет эти отверстия эффективно охлаждать/нагревать...

Отнюдь. Толстая шайба с продольными отверстиями, являясь теплообменником, имеет тепловой контакт по всей внешней цилиндрической поверхности с массивными набалдашниками теплоприёмником\охладителем. Через трубки-отверстия проходит практически весь воздух.

...медная губка там будет эффективнее - есть прямой контакт с нагревателем...

А вот тут не соглашусь. Теплопроводность определяется не только материалом, но сечением этого материала и площадью контакта с поверхностью от которой берётся тепло. Губка хоть и медная последним двум условиям не удовлетворяет: она тонкая и имеет точечный контакт с поверхностью нагрева. Посему она будет иметь температуру воздуха внутри себя, а не поверхности нагрева\охлаждения.

samorez пишет:Губка хоть и медная последним двум условиям не удовлетворяет: она тонкая и имеет точечный контакт с поверхностью нагрева. Посему она будет иметь температуру воздуха внутри себя, а не поверхности нагрева\охлаждения.

Ну, во первых губка не обязательно тонкая, и если контакт припаян, то не точечная а многоточечная. Система имеет большую площадь, и перекачиваемый через нее воздух ее действительно будет ее остужать, то есть нагреватель будет эффективно отдавать тепло воздуху. Сисиема с губкой не энергоемкая, но хорошо отдавать температуру.

По Вашей схеме я похоже не понял направление нагрева, поэтому сделал неверные выводы. Снизу, ведь так? Просто если это и так, тепло будет передоваться по объему крайне не равномерно. Или я не совсем хорошо себе представил все в объеме?

Айрат пишет:...губка не обязательно тонкая, и если контакт припаян, то не точечная а многоточечная...

Даже если так, то эффективно передавать тепло будет только участок проволочки в непосредственной близости от места припайки. В статике несомненно вся губка прогреется, а в динамике горячими будет только незначительный объём её.

... не понял направление нагрева, поэтому сделал неверные выводы. Снизу, ведь так?..

Нет. С торца. Одна торцевая деталь греется, а другая охлаждается.

Думаю что нужно применить сетки из тонкой проволоки соединенных в "бутерброд" которые в свою очередь запаяны в обечайку

Идея Самореза на счет отверстий в головке нагрева и охлаждения мне очень симпатична, это единственное удачное решение для недорогого повышения площади нагрева и охлаждения проходящего по каналам рабочего тела, лучше пожалуй только мелкие рёбра, ну или классические выносные нагревательные трубки, как везде и делают, если есть техническая возможность. Главное суметь сделать массу таких отверстий и не сломать в них сверла, поскольку отверстия эти должны быть достаточно длинными, короче нужен сверлильный станок, вручную их не просверлить, сверла или ломаются или уходят в сторону, проверено.

samorez пишет:

Айрат пишет:...губка не обязательно тонкая, и если контакт припаян, то не точечная а многоточечная...

Даже если так, то эффективно передавать тепло будет только участок проволочки в непосредственной близости от места припайки. В статике несомненно вся губка прогреется, а в динамике горячими будет только незначительный объём её.

... не понял направление нагрева, поэтому сделал неверные выводы. Снизу, ведь так?..

Нет. С торца. Одна торцевая деталь греется, а другая охлаждается.

При достаточной температуре (не путать с количеством тепла) проволока прогреватся будет.
В случае прогрева с торца у вас полость, разобщающая нагревательный элемент от основания.Вам понадобиться существенный прогрев всей массы основания (большое количество теплоты), которая будет в большей степени тратиться не на нагрев воздуха, а на излучение вокруг. То есть свечкой не нагреешь.

Admin_Игорь пишет:поскольку отверстия эти должны быть достаточно длинными, короче нужен сверлильный станок, вручную их не просверлить, сверла или ломаются или уходят в сторону, проверено.

Доработка. Надо взять диски приемлемой толщины и сверлить через кондуктор по отдельности или даже пробивать. Потом соединить и склепать. Даже некоторый зазор между ними ни на что не повлияет, ибо греются с торца.

Айрат пишет:...То есть свечкой не нагреешь.

Мыслица солнцем греть, водой охлаждать. Потому и детали такие массивные.

samorez пишет:
Доработка. Надо взять диски приемлемой толщины и сверлить через кондуктор по отдельности или даже пробивать. Потом соединить и склепать. Даже некоторый зазор между ними ни на что не повлияет, ибо греются с торца.

Мне понравилась Ваша идея, потому что, она похожа на мою, которую я пытался реализовать на одной из моделей, но так и не смог по причине сложности сверления этих самых отверстий. Смотрите как пытался сделать я: у меня было две детали - головка нагрева и собственно радиатор, т.е. два цилиндра закрытых с одной стороны, внутри этих цилиндров естественно перемещался вытеснитель, вплотную к стенкам этих цилиндров, с очень маленьким зазором. А в самих стенках я и пытался сделать эти отверстия, т.е. отверстия шли вокруг вытеснителя, и выходили внутрь возле глухой стороны цилиндров, а не так как изображено на вашей схеме. И я пробовал их сверлить, дрелью, без станка, как не пытался не получилось, или сверло ломалось в глубине или длинное отверстие уходило в сторону, а учитывая что их надо было сделать штук 60-70 я отложил это решение до наличия соответствующего инструмента. Делать в моём варианте из дисков такие детали думаю не хорошо, Ваш вариант схемы впринципе рабочий, но лучше думаю делать эти отверстия как я описал, прогрев у них будет куда лучше.

Простите, не совсем понял. Надо по-чаще рисовать.

Принципиальная доработка. Предложенный пакет дисков с отверстиями подумалось формировать с зазорами промеж их. Причём отверстия не совмещая. Теплообменник - ураган.
Но окончательный вариант еще прикольнее:



А совмещать их со сдвигом дружка от дружки. И с зазорами. Особенность такого варианта в том, что форма лепестков наилучшим образом передаёт тепло от переферии к центральным частям, ибо сечение от большего (снаружи) к меньшему (в центре).

По моему круто.

Как я понимаю для высокотемпературного стирлинга самый главный "апгрейд" это регенератор, ну и существенное увеличение площади. Любые другие доработки лишь по "капле" улучшают характеристики двигателя. Хочу поделиться своими несколькими "каплями"\идеями :
1. Игорь, вы помнится говорили, что не хотели бы располагать свои двигатели горизонтально из-за увеличивающегося бокового трения и скорого износа двигателя. Но ведь и в вертикальном положении есть боковые нагрузки... Для их устранения предлагаю испробовать прямило П.Л. Чебышева : http://dic.academic.ru/dic.nsf/brokgauz_efron/136142/%D0%9D%D0%B0%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D1%8F%D1%8E%D1%89%D0%B8%D0%B5 (8 рисунок) и вот видео https://www.youtube.com/watch?v=NN4vxcUL4aE . Есть минус увеличивается трение и немного теряем в КПД, но нужно решать что важнее долговечность или КПД.
2. Идея Самореза подтолкнула меня к немного иной мысли. А что если вместо вытачивания рёбер насверлить миллиметровых отверстий ? Снаружи по всей поверхности головки нагревателя, но внутри придётся только на дне сверлить (думаю причины понятны). Плюс в том, что не нужно сверлить глубокие отверстия (свёрла ломаются и т.д.) да и вообще метала меньше . Главное запастись терпением и сверлить))
3. Можно попробовать снизить трение вытеснителя о воздух или любое др. рабочее тело. Для этого нужно изменить форму вытеснителя. Концы вытеснителя нужно сделать в форме усечённых конусов . Вот статья что бы долго не объяснять : http://www.etudes.ru/ru/mov/mov053/index.php

Может идеи не революционные, но зато относительно легко реализуемые при имеющемся инструментарии.

Проходимец пишет:...Для их устранения предлагаю испробовать прямило П.Л. Чебышева...

Ничего что я вмешиваюсь?

Этот механизм устраняет необходимость шатуна, линейно перемещающаяся головка которого выдавала бы боковые усилия. Однако речь идёт о трении в центрующем узле штока вытеснителя. Если центровочная втулка протяженная, усилия на концах поменьше, но общее трение повыше, а если короткая, то наоборот. Если опора двухсторонняя (в обеих головках), то лутше, но иногда шток с другой стороны не приемлем. Кароче, проблема внутреннего трения во втулке так принципиально не решится, но схема стопудово нужная.

... А что если вместо вытачивания рёбер насверлить миллиметровых отверстий ? Снаружи по всей поверхности головки нагревателя, но внутри придётся только на дне сверлить (думаю причины понятны). Плюс в том, что не нужно сверлить глубокие отверстия...

Без картинки не понятно. Я тоже любитель предлагать отверстия.

...Можно попробовать снизить трение вытеснителя о воздух или любое др. рабочее тело...

А зачем? Задача вытеснителя толкать воздух, а не пробираца сквозь него, ИМХО.

Без картинки не понятно. Я тоже любитель предлагать отверстия. Very Happy

Головка нагревателя. Вот как-то так)) Отверстия глубиной где-то 1мм .

А зачем? Задача вытеснителя толкать воздух, а не пробираца сквозь него, ИМХО.

Для снижения сопротивления используют гелий...зря что ли ? Меньше сопротивления = меньше нагрузка = выше КПД

Проходимец пишет:...Вот как-то так...

Ясно. А под какой нагрев это? Если под солнечный или огневой (воздушный) то не эффективно, прастите. Падающему солнечному свету что в отверстие попасть, что меж ними - площадь та же. Вертикальные же стенки отверстий не освещаюца.
И воздух горячий особо не должен врываться в отверстия. В рёбрах, если осуществляица их иммитация, есть путь движению воздуха, а в глухих отверстиях нету вроде.

...Для снижения сопротивления используют гелий...

Так сопротивления не вытеснителю же, а прохождению по каналам, рекуператору. Думаица.