Engineering
Механізм Стірлінга
Розкрутіть двигун Стірлінга бета-типу з гарячим ковпаком 650 K і холодною порожниною 300 K: витискач переганяє повітря між ними, робочий поршень на чверть оберту позаду знімає роботу, а тиск іде за законом Шмідта M R / (Vh/Th + Vc/Tc + Vr/Tr). Прочитайте роботу циклу проти формули Шмідта, а тепло підведене і відведене — проти ККД Карно; навантажуйте гальмо до зупинки; остудіть гарячий кінець — робота зіщулиться; зрівняйте температури — маховик вибіжить до зупинки. Змінюйте фазовий кут і знайдіть ті дев’яносто з чимось градусів, що дають найбільше роботи. Робота газу зводиться з маховиком, тертям і гальмом.
Що відбувається
Бета-двигун Стірлінга в ідеалізації Шмідта: витискач переганяє 100 см³ повітря між гарячою порожниною 650 K і холодною 300 K, робочий поршень 50 см³ відстає на 90°, регенератор стоїть на середньологарифмічній температурі, кожна порожнина ізотермічна, тож тиск дорівнює M·R/(V_h/T_h + V_c/T_c + V_r/T_r) за будь-якого кута, а момент — (p − p_charge)·dV_p/dθ. Кривошип несе маховик 0,02 кг·м² проти тертя і гальма; RK4 з кроком 0,1 мс, інтеграли циклу p·dV за Сімпсоном на кожному кроці. Робота циклу порівнюється з формулою Шмідта, тепло підведене і відведене дають ККД Карно, а робота газу сходиться з маховиком, тертям і гальмом до округлення.
Що спробувати
Прочитайте роботу циклу проти формули Шмідта і ККД проти Карно; навантажуйте гальмо до зупинки; остудіть гарячий кінець; зрівняйте температури і дивіться вибіг; спробуйте інші фазові кути.
Модель та її обмеження
Ізотермічні порожнини і ідеальний регенератор (ідеалізація Шмідта), синусоїдальні об’єми, без втрат потоку, витоків і теплообміну мертвих об’ємів. Робота і ККД — ідеального циклу.
Рівняння модуля
Рівняння 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
