Двигатель внешнего сгорания

Автор:

mikk

20 декабря 2015 09:53

Метки: видео   двигатели   истории   техники   

1523

1

1

Двигатель Стерлинга

Всего около ста лет назад двигателям внутреннего сгорания пришлось в жестокой конкурентной борьбе завоевывать то место, которое они занимают в современном автомобилестроении. Тогда их превосходство отнюдь не представлялось столь очевидным, как в наши дни. Действительно, паровая машина — главный соперник бензинового мотора — обладала по сравнению с ним огромными достоинствами: бесшумностью, простотой регулирования мощности, прекрасными тяговыми характеристиками и поразительной «всеядностью», позволяющей работать на любом виде топлива от дров до бензина. Но в конечном итоге экономичность, легкость и надежность двигателей внутреннего сгорания взяли верх и заставили примириться с их недостатками, как с неизбежностью.
В 1950-х годах с появлением газовых турбин и роторных двигателей начался штурм монопольного положения, занимаемого двигателями внутреннего сгорания в автомобилестроении, штурм, до сих пор не увенчавшийся успехом. Примерно в те же годы делались попытки вывести на сцену новый двигатель, в котором поразительно сочетается экономичность и надежность бензинового мотора с бесшумностью и «всеядностью» паровой установки. Это — знаменитый двигатель внешнего сгорания, который шотландский священник Роберт Стирлинг запатентовал 27 сентября 1816 года (английский патент № 4081).

Физика процесса

Принцип действия всех без исключения тепловых двигателей основан на том, что при расширении нагретого газа совершается большая механическая работа, чем требуется на сжатие холодного. Чтобы продемонстрировать это, достаточно бутылки и двух кастрюль с горячей и холодной водой. Сначала бутылку опускают в ледяную воду, а когда воздух в ней охладится, горлышко затыкают пробкой и быстро переносят в горячую воду. Через несколько секунд раздается хлопок и нагреваемый в бутылке газ выталкивает пробку, совершая механическую работу. Бутылку можно снова возвратить в ледяную воду — цикл повторится.
в цилиндрах, поршнях и замысловатых рычагах первой машины Стирлинга почти в точности воспроизводился этот процесс, пока изобретатель не сообразил, что часть тепла, отнимаемого у газа при охлаждении, можно использовать для частичного подогрева. Нужна лишь какая-то емкость, в которой можно было бы запасать тепло, отнятое у газа при охлаждении, и снова отдавать ему при нагревании.
Но, увы, даже это очень важное усовершенствование не спасло двигатель Стирлинга. К 1885 году достигнутые здесь результаты были весьма посредственны: 5—7 процентов к.п.д., 2 л. с. мощности, 4 тонны веса и 21 кубометр занимаемого пространства.
Двигатели внешнего сгорания не были спасены даже успехом другой конструкции, разработанной шведским инженером Эриксоном. В отличие от Стирлинга, он предложил нагревать и охлаждать газ не при постоянном объеме, а при постоянном давлении. 8 1887 году несколько тысяч небольших эриксоновских двигателей отлично работало в типографиях, в домах, на шахтах, на судах. Они наполняли водонапорные баки, приводили а действие лифты. Эриксон пытался даже приспособить их для привода экипажей, но они оказались чересчур тяжелыми. В России до революции большое количество таких двигателей выпускалось под названием «Тепло и сила».

Источник:

Процесс навевает на мысли….

Еще крутые истории!

  • Подвиг медсестры в Брестской крепости

  • Парень случайно заснул в Икее, и провёл там ночь

  • Призрачный Ан-12: почему борт 3 часа нарезал восьмёрки на автопилоте

Метки: видео   двигатели   истории   техники   

Новости партнёров

Энергетическое образование

2.

Двигатели внешнего сгорания

В 1816 шотландец Роберт Стирлинг предложил двигатель внешнего сгорания, называемый сейчас его именем Двигатель Стирлинга. В этом двигателе рабочее тело (воздух или иной газ) заключен в герметичный объём. Здесь осуществлен цикл по типу цикла Севери («до-Уаттовского»), но нагрев рабочего тела и его охлаждение производятся в различных объёмах машины и сквозь стенки рабочих камер. Природа нагревателя и охладителя для цикла не имеют значения, а потому он может работать даже в космосе и от любого источника тепла. КПД созданных сейчас стирлингов невелик. Теоретически он должен раза в 2 превышать КПД для ДВС, а практически — это примерно одинаковые величины. Но у стирлингов есть ряд других преимуществ, которые способствовали развитию исследований в этом направлении.

Двигатель Стирлинга — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.

Основной принцип работы двигателя Стирлинга заключается в постоянно чередуемых нагревании и охлаждении рабочего тела в закрытом цилиндре. Обычно в роли рабочего тела выступает воздух, но также используются водород и гелий. В ряде экспериментальных образцов испытывались фреоны, двуокись азота, сжиженный пропан-бутан и вода. В последнем случае вода остаётся в жидком состоянии на всех участках термодинамического цикла. Особенностью стирлинга с жидким рабочим телом является малые размеры, высокая удельная мощность и большие рабочие давления.

При нагревании газа его объём увеличивается, а при охлаждении — уменьшается. Это свойство газов и лежит в основе работы двигателя Стирлинга. Двигатель Стирлинга использует цикл Стирлинга, который по термодинамической эффективности не уступает циклу Карно, и даже обладает преимуществом. Дело в том, что цикл Карно состоит из мало отличающихся между собой изотерм и адиабат. Практическая реализация этого цикла малоперспективна. Цикл Стирлинга позволил получить практически работающий двигатель в приемлемых габаритах.

Цикл Стирлинга состоит из четырёх фаз и разделён двумя переходными фазами: нагрев, расширение, переход к источнику холода, охлаждение, сжатие и переход к источнику тепла. Таким образом, при переходе от тёплого источника к холодному источнику происходит расширение и сжатие газа, находящегося в цилиндре. Разницу объёмов газа можно превратить в работу, чем и занимается двигатель Стирлинга. 1. Внешний источник тепла нагревает газ в нижней части теплообменного цилиндра. Создаваемое давление толкает рабочий поршень вверх (обратите внимание, что вытеснительный поршень неплотно прилегает к стенкам). 2. Маховик толкает вытеснительный поршень вниз, тем самым перемещая разогретый воздух из нижней части в охлаждающую камеру. 3. Воздух остывает и сжимается, поршень опускается вниз. 4. Вытеснительный поршень поднимается вверх, тем самым перемещая охлаждённый воздух в нижнюю часть. И цикл повторяется.

Двигатель Стирлинга может использоваться для преобразования солнечной энергии в электрическую. Для этого двигатель стирлинга устанавливается в фокус параболического зеркала, (похожего по форме на спутниковую антенну) таким образом, чтобы область нагрева была постоянно освещена. Параболический отражатель управляется по двум координатам при слежении за солнцем. Энергия солнца фокусируется на небольшой площади. Зеркала отражают около 92 % падающего на них солнечного излучения. В качестве рабочего тела двигателя Стирлинга используется, как правило, водород, или гелий.

В феврале 2008 года Национальная лаборатория Sandia достигла эффективности 31,25 % в установке, состоящей из параболического концентратора и двигателя Стирлинга.

Компания Stirling Solar Energy разрабатывает солнечные коллекторы большой мощности — до 150 кВт на одно зеркало. Компания строит в южной Калифорнии крупнейшую в мире солнечную электростанцию.

Солнечные коллекторы.

Наблюдайте за работой прозрачного двигателя в замедленной съемке: видео

Введите ключевые слова для поиска

Главные новости дня

1

Ford Mustang Darkhorse 2024 модельного года развивает мощность 500 л.с.

2

самых крутых автомобиля, которые можно будет импортировать в США в 2023 году

3

Toyota не планирует продавать столько Prius

4

Mazda Miata против Toyota GR86

5

IIHS использовал F-150 и бетон для имитации тяжелых электромобилей

Наши автомобильные эксперты выбирают каждый продукт, который мы представляем. Мы можем зарабатывать деньги на ссылках на этой странице.

Взгляд из первых рук на то, как на самом деле работает двигатель внутреннего сгорания.

По
Брайан Сильвестро

Поскольку двигатели внутреннего сгорания работают под таким высоким давлением, трудно заснять их внутреннюю работу на камеру. Обычно весь процесс окутан толстым металлом, чтобы сдержать всю эту взрывную энергию и превратить ее в движение. Какими бы замечательными ни были диаграммы, пояснения и симуляции, ничто не сравнится с просмотром реальных вещей, если вы хотите получить хорошее представление о том, что происходит внутри работающего блока двигателя.

Канал TROdesigns на YouTube решил, что хочет показать процесс сгорания четырехтактного двигателя на камеру, поэтому разработал акриловый блок с прозрачным, прозрачным цилиндром на основе двигателя мотоцикла Honda. После сборки двигателя и проведения теста на сжатие хост запускает его, чтобы мы могли увидеть систему в действии.

Благодаря магии замедленных камер 4K мы можем увидеть точный момент сгорания внутри цилиндра, когда свеча зажигания поджигает бензин, толкая цилиндр вниз и заставляя двигатель вращаться. Даже если вы не одержимый инженер или даже не склонны к механике, смотреть это круто.

Конечно, это не первая попытка построить прозрачный двигатель. Если вы хотите увидеть, как выглядит процесс сгорания с точки зрения чистой головки блока цилиндров, зайдите сюда, чтобы посмотреть это видео о двигателе с акриловой головкой блока цилиндров.

через Motor1

Брайан Сильвестро
Штатный обозреватель Road & Track, увлекающийся проектами с большим пробегом, ржавыми проектами и любительскими гонками на выносливость.

Эта крошечная мультяшная машинка быстро сходит с ума

Посмотрите, как выглядит ваш любимый Джек Сравните

Ford GT разогнался до 310 миль в час на стоячей миле

IIHS использовал F-150 и бетон для имитации тяжелых электромобилей

Honda Accord Type R за 750 долларов — это так плохо, как вы думаете

Посмотрите, как C8 Corvette растопчет 850-сильную NASCAR Camry

Новый Audi RS3 превосходен почти во всех отношениях

Зачем использовать шины 195/65R15 на тонне своих автомобилей

Смотреть VW ID. Buzz Ace: краш-тест

Cadillac V-LMDh звучит нечестиво

Классные ресурсы | Вопросы к видео о двигателе внутреннего сгорания

« Вернуться на главную страницу AACT

Вы должны быть членом AACT, чтобы получить доступ к этому контенту, но хорошие новости: присоединиться может каждый!

  • Присоединяйся сейчас »
  • Преимущества участника AACT »
  • Авторизоваться »
  • Забыли имя пользователя или пароль?

Нужна помощь?

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ в полимерах, горение, теплота, экзотермическая и эндотермическая, теплота сгорания, молекулярная структура.
Последнее обновление: 25 марта 2020 г.

Резюме

В этом упражнении учащиеся посмотрят видео и ответят на соответствующие вопросы о механических и химических процессах, используемых в двигателе внутреннего сгорания. Кроме того, они узнают о реакциях и типах топлива, а также об истории и эволюции двигателя внутреннего сгорания.

Класс

Средняя школа

Задачи

К концу этого задания учащиеся должны уметь

  • Опишите реакцию горения.
  • Понять, как энергия создается в реакции сгорания и используется для использования в двигателе внутреннего сгорания.
  • Укажите некоторые общие компоненты источников углеводородного топлива, используемых в транспортных средствах.
  • Опишите основные различия между бензином и дизельным топливом.

Темы по химии

Это задание поможет учащимся понять

  • Энергетика и термодинамика
  • Тепло
  • Экзотермический и эндотермический
  • Газы
  • Реакции горения
  • Полимеры
  • Молекулярная структура

Время

Подготовка учителя : минимальная

Урок : 10 минут

Материалы

  • Видео о двигателе внутреннего сгорания
  • Раздаточный материал для учащихся
  • Проектор с томом
  • Студенческий билет AACT (дополнительно)

Безопасность

  • Для этой деятельности не требуется соблюдения особых мер безопасности.

Заметки для учителя

  • Видео о двигателе внутреннего сгорания было разработано в рамках проекта AACT-Ford «Химия автомобилей c » 2016 г., спонсируемого Ford Motor Company. Весь цикл видео можно найти здесь.
  • Кроме того, участники, пишущие контент, разработали 19 планов уроков, связанных с темой «Химия автомобилей». Вы можете узнать еще больше об этом проекте, прочитав статью из сентябрьского номера журнала 9 за 2016 год.0174 Решения по химии , написанный ведущим учителем, участвующим в этом проекте.
  • Продолжительность этого видео составляет приблизительно четыре минуты.
  • Это видео предназначено для просмотра учащимися и для включения учителями в свою учебную программу.
  • Вопросы/ответы учащихся представлены в видео в последовательном порядке.
  • Ключ ответа также предоставлен для справки учителю.
  • Видео можно показывать с помощью проектора в классе, или учителя могут создать студенческий пропуск через свое членство в AACT, чтобы дать учащимся независимый доступ к видео.
Posted inДвигатель