Engineering
Meccanismo Stirling
Avvia un motore Stirling beta con la testa calda a 650 K e lo spazio freddo tenuto a 300 K: il dislocatore sposta l’aria dall’uno all’altro, il pistone di lavoro un quarto di giro indietro raccoglie il lavoro, e la pressione segue la legge di Schmidt M R / (Vh/Th + Vc/Tc + Vr/Tr). Leggi il lavoro del ciclo contro la formula chiusa di Schmidt e il calore ricevuto e ceduto contro il rendimento di Carnot; carica il freno finché il motore si ferma; raffredda la testa calda e guarda il lavoro calare; metti entrambe le estremità alla stessa temperatura e il volano si arresta. Cambia l’angolo di fase e trova i novanta gradi e qualcosa che danno più lavoro. Il lavoro del gas è contabilizzato contro volano, attrito e freno.
Cosa succede
Un motore Stirling beta nell’idealizzazione di Schmidt: il dislocatore sposta 100 cm³ d’aria tra uno spazio caldo a 650 K e uno freddo a 300 K, il pistone di lavoro da 50 cm³ è in ritardo di 90°, il rigeneratore sta alla temperatura media logaritmica, ogni spazio è isotermo, così la pressione è M·R/(V_h/T_h + V_c/T_c + V_r/T_r) a ogni angolo di manovella e la coppia (p − p_charge)·dV_p/dθ. La manovella porta un volano da 0,02 kg·m² contro attrito e freno; RK4 a 0,1 ms, gli integrali di ciclo p·dV con Simpson a ogni passo. Il lavoro del ciclo è confrontato con la formula di Schmidt, il calore ricevuto e ceduto dà il rendimento di Carnot, e il lavoro del gas eguaglia volano, attrito e freno a meno dell’arrotondamento.
Da provare
Leggi il lavoro del ciclo contro la formula di Schmidt e il rendimento contro Carnot; carica il freno fino allo stallo; raffredda la testa calda; eguaglia le due temperature e guardalo fermarsi; prova altri angoli di fase.
Il modello e i suoi limiti
Spazi isotermi e rigeneratore perfetto (idealizzazione di Schmidt), volumi sinusoidali, niente perdite di flusso, trafilamenti né scambio nello spazio morto. Lavoro e rendimento sono quelli del ciclo ideale.
Equazioni del modulo
Equazioni p = M·R/(V_h/T_h + V_c/T_c + V_r/T_r), T_r = (T_h − T_c)/ln(T_h/T_c) V_h = V_dh + ½V_D·(1 + cos θ), V_p = ½V_P·(1 + cos(θ − φ)) W = −½V_P·M·R·sin(β − φ)·(2π/B)·(1 − S/√(S² − B²)) η = W/Q_h ≤ 1 − T_c/T_h
