Низкотемпературные модели стирлингов

Здорово, спасибо) Мог бы и раньше ссылочку подкинуть)

Идея не моя и думаю далеко не новая. Выглядеть будет примерно так.





Вытеснитель в моем случае пенопластовый (на фото, вроде, тоже).
Как на счет обычного поролона в качестве материала в отверстиях? Будет выполнять он роль рекуператора (или регенератора), не уверен чем он будет на самом деле)?
Поролон толщиной 7-8мм, как раз по толщине вытеснителя.

Няшка пишет:Здорово, спасибо) Мог бы и раньше ссылочку подкинуть)

Как на счет обычного поролона в качестве материала в отверстиях?

Плохо. Теплоемкость у него никакая, да и воздух плохо проходит. Только хуже будет.
И потолще надо вытеснитель, если с регенератором, а то проку не будет. На фото
очень тоненький (хотя без регенератора сойдет).

Teoretic пишет:

Няшка пишет:Здорово, спасибо) Мог бы и раньше ссылочку подкинуть)

Как на счет обычного поролона в качестве материала в отверстиях?

Плохо. Теплоемкость у него никакая, да и воздух плохо проходит. Только хуже будет.
И потолще надо вытеснитель, если с регенератором, а то проку не будет. На фото
очень тоненький (хотя без регенератора сойдет).

не согласен) фото вот отсюда

С чем не согласен?

Я там вижу двигатель вообще без регенератора. Это же просто игрушка. Он сам себя еле крутит.
У регенератора один конец имеет температуру нагревателя, другой - температуру холодильника.
Если его сделать таким тонким, как на видео, холодный и горячий концы будут совсем близко - тепло пойдет через регенератор. Ну и на фига он такой нужен?
Идеальный регенератор тепло вдоль себя не проводит. Хотя бы надо к этому стремиться.

Teoretic пишет:С чем не согласен?

Я там вижу двигатель вообще без регенератора. Это же просто игрушка. Он сам себя еле крутит.
У регенератора один конец имеет температуру нагревателя, другой - температуру холодильника.
Если его сделать таким тонким, как на видео, холодный и горячий концы будут совсем близко - тепло пойдет через регенератор. Ну и на фига он такой нужен?
Идеальный регенератор тепло вдоль себя не проводит. Хотя бы надо к этому стремиться.

Как это еле крутит? В конце видео модель достигает тысчу рпм (как написано в описании видео). Сколько на самом деле не ясно, но явно много больше чем мой тестовый вариант в 3 герца) Стартует от перепада якобы в 2 градуса цельсия. Это переделка из серийного кита, сколько оборотов он набирает в стандартном варианте и от какого градиента начинает работать я не знаю, но ролики с этой моделью я видел (они так не могли). Моя задача сходна с тем что на видео. Хочу достигнуть максимальной скорости от небольшого перепада температур, мощьность не так уж важна.

Если делать втулку для штока вытеснителя в виде цилиндра: сверху и снизу пластины, в них отверстия под шток, диаметр втулки немого больше этих отверстий. Будет ли такой цилиндр работать как понижающий давление и уменьшит ли это потери в паре вытеснитель-рабочий поршень?

Кто-нибудь применял жидкости с низкой температурой кипения для низкотемпературных стирлингов? Например эфир, фреон, спирт?

Я лично не применял, но думаю, что добавка к рабочему телу компонента, который будет менять свое фазовое состояние в зависимости от нагрева/охлаждения и при соответствующем перепаде температур в двигателе намного улучшила бы показатели двигателя стирлинга. При изменении фазового состояния вещества переносится больше теплоты, да и перепад давлений намного больше, чем при простом нагрвании/охлаждении газа. Думаю, работа в данном направлении имеет большие перспективы, однако двигатель Стирлинга, построенный на этом принципе будет выдавать нужную мощность в более узком пределе разницы температур, я бы сказал, даже, что он будет нормально работать лишь при тех температурах нагревателя и охладителя, которые рассчитаны именно для данного рабочего тела именно при расчетном его рабочем давлении. Но это пока теория. Пробуйте и расскажите другим, только помните, что горючие жидкости типа эфира могут вызывать з воздухом взрывоопасную смесь, которая легко имеет шанс сдетонировать в цилиндре при нагреве и/или сжатии. Фреон в этом отношении мне видится более безопасным, но и другие жидкости имеют право на использование, но, например, в атмосфере азота или гелия. Еще один вариант - использование одновременно двух и более легкокипящих жидкостей, в определенном соотношении - это может расширить температурный градиент для оптимальных условий работы двигателя.

Переделал свой стирлинг. Не скажу что добился того чего хотел, но все же. Даже запустился с первого раза



Буду пробовать переделать рабочий поршень (добавить графитовый порошок), болты надо изолировать от пластин, увеличить радиус маховика и разобраться с шатунами и ходом поршня.

alex_koa пишет:Я лично не применял, но думаю, что добавка к рабочему телу компонента, который будет менять свое фазовое состояние в зависимости от нагрева/охлаждения и при соответствующем перепаде температур в двигателе намного улучшила бы показатели двигателя стирлинга. При изменении фазового состояния вещества переносится больше теплоты, да и перепад давлений намного больше, чем при простом нагрвании/охлаждении газа.

Непонятно, на чем основано такое мнение.

1. Увеличение теплоемкости рабочего тела не улучшает параметры двигателя: энергия, которая тратится на повышение/понижение температуры рабочего тела циркулирует из регенератора в газ и обратно в регенератор, и в идеале ни на что не влияет, а в реале создает дополнительные потери.

2. С чего вы взяли, что при фазовом переходе перепад давлений больше? Он меньше, поскольку при наличии жидкой и газообразной фаз одновременно газ может менять объем не изменяя давления вообще.

Можете возразить?

Teoretic пишет:

alex_koa пишет:Я лично не применял, но думаю, что добавка к рабочему телу компонента, который будет менять свое фазовое состояние в зависимости от нагрева/охлаждения и при соответствующем перепаде температур в двигателе намного улучшила бы показатели двигателя стирлинга. При изменении фазового состояния вещества переносится больше теплоты, да и перепад давлений намного больше, чем при простом нагрвании/охлаждении газа.

Непонятно, на чем основано такое мнение.

1. Увеличение теплоемкости рабочего тела не улучшает параметры двигателя: энергия, которая тратится на повышение/понижение температуры рабочего тела циркулирует из регенератора в газ и обратно в регенератор, и в идеале ни на что не влияет, а в реале создает дополнительные потери.

2. С чего вы взяли, что при фазовом переходе перепад давлений больше? Он меньше, поскольку при наличии жидкой и газообразной фаз одновременно газ может менять объем не изменяя давления вообще.

Можете возразить?

1. Я не имел в виду, что параметры должны улучшится за счет именно теплоемкости рабочего тела, а именно за счет фазового перехода. Но почему они должны ухудшиться? Если в случае более теплоемкого рабочего тела теплообмен между частями двигателя будет идти интенсивнее, то я не вижу в этом ничего очень плохого. Единственным минусом может быть недостаточный нагрев рабочего тела, так как при том же кол-ве теплоты тело одинаковой массы, но с меньшей теплоемкостью будет нагреваться до большей температуры. Это должно компенсироваться изменением давления в процессе фазового перехода. Смотря какие характеристики двигателя нужно получить. Хотя в холодильных машинах применяют, в частности, тот же фреон и с фазовым переходом, но это уже совсем другая история.
2. При фазовом переходе перепад давлений намного больше. Давайте посчитаем при атмосферном давлении обьем 1 моль воды при 25 и при 100 градусов цельсия. При t=25 градусов вода находится в жидкой фазе и 1 моль или 18 г занимает 18 куб.см. При температуре 100 градусов вода превращается в пар и 1 моль, т.е. 18 г водяного пара занимает обьем 22,4 л., то есть 22 тысячи 400 куб. см. Разница в обьемах в 1244 раза. Разница существенная. Для других жидкостей разница может быть немного другой, но все же немалая. Так что теплоемкость компенсируется очень существенно. Фазовый переход дает позможность получить мощность, несоизмеримую с простым температурным расширением и сжатием газа. При других условиях можно рассчитать обьем и давление газа, пользуясь уравнением Менделеева-Клаперона. Но опять же, я не отрицаю использования газов в качестве рабочего тела, просто двигатели в одном и другом случаях будут иметь существенно разные показатели - в газовом варианте та же мощность может получаться при больших оборотах, в то время, как в варианте с фазовым переходом - при гораздо меньших оборотах. Точнее сказать пока нельзя, нужно пробовать эти варианты на какой-то одной модели ДС, то есть, проводить полномасштабные лабораторные исследования. Еще одно. Для того, чтобы газ менял обьем, не изменяя давления (при наличии жидкой и газообразной фазы одновременно), нужно, чтобы оный газ в той жидкости хорошо растворялся. Если же газ вжидкости растворяется плохо, то данного явления наблюдаться не будет или оно будет выражено слабо. Но если мы имеем в одном варианте воду в жидкой фазе и газ, растворенный в ней, то это будет провоцировать падение давления, если же вода вся переходит в газообразную фазу, то и газ, который в ней был растворен, тоже высвобождается и давление при этом увеличивается. Это, по-моему, будет способствовать большему градиенту давлений и, как следствие, улучшение работы двигателя, главное, оптимально подобрать рабочие температуры нагревателя/охладителя, состав рабочего тела и рабочее давление. В широких пределах температур такой двигатель будет работать плохо, но при определенном расчетном соотношении намного лучше.

alex_koa пишет:

1. Я не имел в виду, что параметры должны улучшится за счет именно теплоемкости рабочего тела, а именно за счет фазового перехода. Но почему они должны ухудшиться? Если в случае более теплоемкого рабочего тела теплообмен между частями двигателя будет идти интенсивнее, то я не вижу в этом ничего очень плохого.

Непонятно стремление к более интенсивному теплообмену. Произведенной работы двигателю это не добавляет, а вот проблем с переносом тепла - добавляет.

alex_koa пишет: Хотя в холодильных машинах применяют, в частности, тот же фреон и с фазовым переходом, но это уже совсем другая история.

Вот-вот. В холодильниках и тепловых насосах перенос тепла - основная цель. Поэтому и нужно рабочее тело с максимальной теплоемкостью, и фазовый переход тут как нельзя кстати.
А в Стирлинге теплоперенос по сути вреден (переносить тепло от нагревателя к холодильнику? Зачем?). Просто избавиться от него нельзя, согласно фундаментальным законам. Но уж усугублять-то зачем?

alex_koa пишет:
2. При фазовом переходе перепад давлений намного больше. Давайте посчитаем при атмосферном давлении обьем 1 моль воды при 25 и при 100 градусов цельсия. При t=25 градусов вода находится в жидкой фазе и 1 моль или 18 г занимает 18 куб.см. При температуре 100 градусов вода превращается в пар и 1 моль, т.е. 18 г водяного пара занимает обьем 22,4 л., то есть 22 тысячи 400 куб. см. Разница в обьемах в 1244 раза.

Тут вы немножко ошибаетесь. При 100 градусах давление водяного пара = 1 атм. При любом объеме. Просто, если объем меньше, часть пара конденсируется. Пока вы всю воду не испарите, давление расти не будет, это надо нагревать выше 100. А теплота парообразования на порядок выше теплоты нагрева. Это тепло на обратном ходе надо отдать холодильнику. Представляете, насколько упадет КПД? Представляете, какого размера надо делать радиатор охлаждения? Я тут делал прикидки http://www.stirlingmotors.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=1442&postdays=0&postorder=asc&start=0 охладителя. При мощностях выше сотен ватт охладитель должен отводить киловатты, и это при незначительном температурном перепаде. Габариты у него получаются - огого!

alex_koa пишет:
Разница существенная. Для других жидкостей разница может быть немного другой, но все же немалая. Так что теплоемкость компенсируется очень существенно. Фазовый переход дает позможность получить мощность, несоизмеримую с простым температурным расширением и сжатием газа.

А я вижу, мы греем-греем, а давление не растет. Да еще на обратном ходе все это тепло надо куда-то деть. Где тут повышение мощности? Работу мы получаем при расширении рабочего тела, то есть, было бы выгодно не превращать пар в воду, и мы приходим к обычному стирлингу.

alex_koa пишет:
При других условиях можно рассчитать обьем и давление газа, пользуясь уравнением Менделеева-Клаперона. Но опять же, я не отрицаю использования газов в качестве рабочего тела, просто двигатели в одном и другом случаях будут иметь существенно разные показатели - в газовом варианте та же мощность может получаться при больших оборотах, в то время, как в варианте с фазовым переходом - при гораздо меньших оборотах.

Ну непонятно, на чем вы основываете эти рассуждения?
Поймите, в процессе всего превращения воды в пар тратится уйма энергии. Бесполезно. (Потому КПД паровых машин всегда составляет единицы процентов. И только паровые турбины с их гигантскими температурами и давлениями спасают ситуацию Но по сути, они работают с газом)
А дальше греем пар - ну это тот же газ. Нет?

alex_koa пишет:
Точнее сказать пока нельзя, нужно пробовать эти варианты на какой-то одной модели ДС, то есть, проводить полномасштабные лабораторные исследования.

Вы бы вначале немножко теории привели, а не общих фраз. Не в обиду, ведь я действительно, может, чего не понимаю.

alex_koa пишет:
Еще одно. Для того, чтобы газ менял обьем, не изменяя давления (при наличии жидкой и газообразной фазы одновременно), нужно, чтобы оный газ в той жидкости хорошо растворялся.

Уверяю вас, водяной пар в воде растворяется идеально! Вообще речь идет о конденсации.
Ну посмотрите где-нибудь "давление насыщенного пара", для прояснения.

alex_koa пишет:
Если же газ вжидкости растворяется плохо, то данного явления наблюдаться не будет или оно будет выражено слабо. Но если мы имеем в одном варианте воду в жидкой фазе и газ, растворенный в ней, то это будет провоцировать падение давления, если же вода вся переходит в газообразную фазу, то и газ, который в ней был растворен, тоже высвобождается и давление при этом увеличивается. Это, по-моему, будет способствовать большему градиенту давлений и, как следствие, улучшение работы двигателя, главное, оптимально подобрать рабочие температуры нагревателя/охладителя, состав рабочего тела и рабочее давление. В широких пределах температур такой двигатель будет работать плохо, но при определенном расчетном соотношении намного лучше.

Я тут вижу лишь только ваши надежды. Увы, они ничем не подкреплены.

Да, пока тут с вами спорил, сообразил, где кроется рациональное зерно.
Давление насыщенного пара растет с температурой гораздо быстрее, чем давление идеального газа!
Надо применить в качестве рабочего тела именно насыщенный пар.
При температуре градусов 300 имеем давление 8 атм. А ведь не проблема еще сильнее нагреть.

Интересно, почему же так не делают? Чего-то я не вижу.
И надо же как-то эту паро-водяную смесь через регенератор пропускать.
Регенератор уже и массивнее и сложнее получается.

гидроудар будет)

а почему бы гелий не использовать?

Привет Игорь посмотри пожалуйста на мой (пока не работающий) двигатель выполненый по образцу на главной странице. Сделал все вроде как по размерам и угол выдержал 90 градусов но при попытке запуска он даже с места не сдвинулся. Как выяснилось позже нельзя было делать рабочий поршень из фторопласта а цилиндр из бронзы так как фторопласт имеет на порядок выше коеффициент линейного расширения при нагревании чем бронза , но почему он даже с места не сдвинулся еще до того как успел нагрется. Подскажи может еще что то надо исправить?

https://redcdn.net/ihimg/photo/my-images/163/0141py.jpg/
https://redcdn.net/ihimg/photo/my-images/718/dsc00356rq.jpg/

Лллеха пишет:Привет Игорь посмотри пожалуйста на мой (пока не работающий) двигатель выполненый по образцу на главной странице. Сделал все вроде как по размерам и угол выдержал 90 градусов но при попытке запуска он даже с места не сдвинулся. Как выяснилось позже нельзя было делать рабочий поршень из фторопласта а цилиндр из бронзы так как фторопласт имеет на порядок выше коеффициент линейного расширения при нагревании чем бронза , но почему он даже с места не сдвинулся еще до того как успел нагрется. Подскажи может еще что то надо исправить?

https://redcdn.net/ihimg/photo/my-images/163/0141py.jpg/
https://redcdn.net/ihimg/photo/my-images/718/dsc00356rq.jpg/

А свободный ход вообще был?) Если был, то значит не герметично собран. А рабочий поршень через шатун сделан? Если нет, то его просто клинит.
Выглядит шикарно!) Долго делал?

Свободный ход был, в поршне есть палец на который насажена спица так что он не мог клинить!!! Тем более, что я пытался греть его даже без шатуна но поршень все равно не двигался! Так что пока не знаю в чем дело!!!!!

Лллеха пишет:Привет Игорь посмотри пожалуйста на мой (пока не работающий) двигатель /

По таким фотографиям очень сложно что либо сказать, если хотите услышать реальный совет, то выложите фото двигателя в разобранном виде, что бы видны были пропорции деталей. Чем больше фото тем лучше, в идеале каждой детали, и дайте ссылку на архив с фотками.

Лллеха пишет:Свободный ход был, в поршне есть палец на который насажена спица так что он не мог клинить!!! Тем более, что я пытался греть его даже без шатуна но поршень все равно не двигался! Так что пока не знаю в чем дело!!!!!

а из чего сделан вытеснитель? какие зазоры? опять таки, свободно ли ходит? ну и герметичность)

Внутренний диаметр большого цилиндра взял 100 мм , рабочего- 10 мм остальные размеры делал в масштабе по чертежу. Верхняя и нижняя крышки из бронзы толщеной 3 мм, теплообменный цилиндр из оргстекла _ высотой 28 мм , вытеснитель из пенопласта толщиной 12 мм, зазор между вытеснителем и стенкой цилиндра 1.5 мм , вытеснитель закреплен на велосипедной спице, Рабочий цилиндр выполнен также из бронзы , а поршень из фторопласта (но уже переделываю ), кстати подскажи из чего лучше всего сделать поршень. Ход поршня взял 10 мм а вытеснителя 14 мм. Надеюсь что это поможет понять общую картину ! Заранее спасибо!!!!!

Лллеха пишет: Внутренний диаметр большого цилиндра взял 100 мм , рабочего- 10 мм остальные размеры делал в масштабе по чертежу. Верхняя и нижняя крышки из бронзы толщеной 3 мм, теплообменный цилиндр из оргстекла _ высотой 28 мм , вытеснитель из пенопласта толщиной 12 мм, зазор между вытеснителем и стенкой цилиндра 1.5 мм , вытеснитель закреплен на велосипедной спице, Рабочий цилиндр выполнен также из бронзы , а поршень из фторопласта (но уже переделываю ), кстати подскажи из чего лучше всего сделать поршень. Ход поршня взял 10 мм а вытеснителя 14 мм. Надеюсь что это поможет понять общую картину ! Заранее спасибо!!!!!

Ход вытеснителя надо делать по максимуму чтобы не было мертвого обьема. В твоем случае не 14 а 16 мм, но это не так уж критично, все равно должен работать.
Поршень из эпоксидки самый простой вариант, лучше из графита (в этой теме есть по этому поводу рассуждения). Все у тебя должно получиться)
Попробуй вместо поршня какой-нибудь шарик или пакет что ли надеть, только не натягивай как барабан) чтоб был свободный ход) Нагрей и подергай вытеснитель. Если надувается-сдувается, значит все хорошо и проблема в поршне.
з.ы. если не секрет что за чертежи?)

Лллеха пишет: Внутренний диаметр большого цилиндра взял 100 мм , рабочего- 10 мм остальные размеры делал в масштабе по чертежу. Верхняя и нижняя крышки из бронзы толщеной 3 мм, теплообменный цилиндр из оргстекла _ высотой 28 мм , вытеснитель из пенопласта толщиной 12 мм, Ход вытеснителя 14 мм.

Ход вытеснителя для такой маленькой модели очень большой, делай не более 5-6мм, цилиндр вытеснителя сделай не более 20мм.

Teoretic пишет:Да, пока тут с вами спорил, сообразил, где кроется рациональное зерно.
Давление насыщенного пара растет с температурой гораздо быстрее, чем давление идеального газа!
Надо применить в качестве рабочего тела именно насыщенный пар.
При температуре градусов 300 имеем давление 8 атм. А ведь не проблема еще сильнее нагреть.

Интересно, почему же так не делают? Чего-то я не вижу.
И надо же как-то эту паро-водяную смесь через регенератор пропускать.
Регенератор уже и массивнее и сложнее получается.

Вот и я о том, что давление растет с температурой быстрее, чем если греть просто газ и получать его температурное расширение. И не обязательно иметь в качестве рабочего тела лишь водяной пар или чистый фреон, но как добавка к газу пары легкокипящей жидкости (или жидкостей) могли бы дать очень интересные результаты. Более ничего сказать не могу, так как нужны эксперименты.

alex_koa пишет:
Вот и я о том, что давление растет с температурой быстрее, чем если греть просто газ и получать его температурное расширение. И не обязательно иметь в качестве рабочего тела лишь водяной пар или чистый фреон, но как добавка к газу пары легкокипящей жидкости (или жидкостей) могли бы дать очень интересные результаты. Более ничего сказать не могу, так как нужны эксперименты.

Еще одна трудность: жидкость в процессе рабочего цикла надо каким-то образом полностью перегонять из горячего цилиндра в холодный и обратно. Иначе не получится насыщенный пар. Да и конструкция регенератора непонятно какая должна быть.
И еще, скорость конденсации и испарения накладывает ограничения на время рабочего цикла. Тут тоже могут быть засады.