Care motor Stirling are cel mai bun design cu eficiență maximă? Centrale electrice cu motoare Stirling - una dintre modalitățile de a folosi o unitate interesantă

Un motor Stirling este o unitate care transformă căldura în energie mecanică. Poate fi conectat la un generator și poate primi energie electrică. Sau la o pompă, circulară, pe scurt, la orice consumator de energie mecanică. În viitor, este foarte potrivit pentru alimentarea autonomă staționară. De ce?

1. Poate funcționa cu orice combustibil. Inclusiv, pe lemn, rumeguș etc. Stirling o poate face, lucrând la căldură solară sau la diferența de temperatură a aerului și a apei (deși nu iau în considerare în mod serios această ultimă opțiune, va exista un punct separat despre aceasta).

2. Funcționare silențioasăși o mare resursă motrică. Consum redus de ulei.

3. Ușurință de întreținere (mai ales în comparație cu cel mai apropiat analog - un motor cu abur).

4. Eficiență relativ ridicată. Mult mai mare decât cea a unui motor cu abur, dar mai mică decât cea a unui motor cu ardere internă. Pentru a obține 1 kWh de energie electrică de la un Stirling amator bine făcut, puternic, se vor consuma aproximativ 3-4 kg de lemn de foc. Puteți compara acest lucru cu costul aceleiași energie primită de la un generator de gaz.

5. Deși eficiența este mai mică decât cea a unui motor cu ardere internă, este posibil să se folosească căldura reziduală pentru a încălzi apa. Acest lucru mărește beneficiul total derivat dintr-un anumit motor - se dovedește a fi mult mai mult decât cel al unui motor cu ardere internă. În mod corect, trebuie spus că o astfel de utilizare este posibilă și într-un motor cu ardere internă, dar aceasta necesită un schimbător de căldură suplimentar.

Astăzi, nu există astfel de motoare în producția de serie la un preț accesibil. Mi-am propus sarcina de a dezvolta un astfel de motor care să fie disponibil pentru fabricarea amatorilor.

Despre ce este aceasta pagina

Câteva mituri despre motoarele Stirling

Eficiența motorului Stirling este egal cu eficiența ciclului Carnot? Nu este adevarat. Eficiența ciclului Stirling este egală cu eficiența ciclului Carnot. Dar ciclul Stirling nu poate fi realizat într-o mașină cu piston. Ciclul care este implementat în motoarele Stirling este destul de diferit de ciclul Stirling. În plus, există pierderi inevitabile.

Ai nevoie de hidrogen sau heliu sub o presiune teribilă? Nu, nu este necesar. Hidrogenul sau heliul sub presiune mare este necesar pentru un motor care are aceeași greutate și dimensiuni ca masina ICE... Dacă reduceți cerințele pentru greutate și dimensiuni, atunci puteți reduce presiunea și puteți utiliza alte corpuri de lucru. Sunt cunoscute cazuri de utilizare a aerului, argonului, dioxidului de carbon și chiar am auzit despre propan, deși acest lucru este discutabil.

Sunt piesele mobile și garniturile expuse la temperaturi ridicate? Doar o parte în mișcare este expusă la temperaturi ridicate - partea superioară a pistonului „fierbinte”. Segurile pistonului sunt adăpostite într-o cavitate rece și răcită. Prin urmare, condițiile de lucru ale garniturii într-un motor Stirling sunt mult mai ușoare decât într-un motor cu ardere internă. Aici, insa, apare o problema de indepartare a caldurii de la pistonul „fierbinte”, despre care nu am citit nicaieri, care inca nu imi este destul de clara. Dar, în orice caz, se știe că sigiliile pentru Stirlings erau făcute din fluoroplastic și astfel de sigilii au arătat resursă bună... Pot funcționa și garniturile obișnuite, cu segmente de piston din fontă și lubrifiere cu ulei.

Ungerea creează dificultăți insurmontabile? Nu. Este necesară doar selecția uleiului. Phillips a produs motoare de serie mică 102C cu lubrifiere cu ulei. Deoarece uleiul și aerul pot forma amestecuri explozive, acest lucru încă impune anumite restricții asupra presiunii atinse în interiorul mașinii - din câte știu, le este frică să o ridice mai mult de 6 atmosfere. A existat un caz în istoria lui Phillips când motor mare Stirling a explodat în aer și a ucis un bărbat. Cu toate acestea, dacă în interior nu există aer, ci un gaz care nu suportă arderea, de exemplu, azotul, atunci uleiul nu ar trebui să pară să explodeze (este mai bine să verificați cu chimiștii). Se încearcă utilizarea diferitelor alte materiale pentru etanșările pistonului - fluoroplastic, materiale numite „Roll”, „Viton”, grafit, grafit și compoziții de sticlă. În același timp, carterul este uscat. Se pare că toate acestea pot funcționa mult timp, cel puțin câteva mii de ore. S-a discutat și despre lubrifierea cu apă și chiar și o mașină a fost realizată cu un astfel de lubrifiant, dar nu există date despre rezultatele testelor sale.

Motoarele eficiente au fost inventate abia în secolul al XX-lea? Nu. Frații Stirling au creat și un motor de 42 CP. și o eficiență de aproximativ 18%, care a lucrat într-o fierărie (se poate presupune că în fiecare zi multe ore) vreo 3 ani. Pe atunci nu existau oțeluri bune, nici o știință termodinamică, doar experiență și intuiție. La sfârșitul secolului al XIX-lea, erau produse în serie motoarele de putere redusă (până la 1 CP), care nu diferă prin eficiență ridicată, dar funcționau foarte liniștit, erau foarte fiabile, durabile, nesolicitantă la combustibil și ușor de întreținut. , ceea ce le-a permis să păstreze o anumită nișă pe piață până la cel de-al doilea război mondial.

Ce nu este în cartea lui Walker

Cartea lui Walker a fost scrisă cu mult timp în urmă, de atunci subiectul a evoluat. Aici - scurtă recenzie ceea ce s-a realizat.

Motoare acționate Ringbom

După cum știți, într-un motor Stirling există cel puțin două pistoane mobile (sau un piston și un displacer). Acest lucru dă un mecanism de antrenare destul de complex. Motoarele Ringbom sunt motoare (de tip gamma sau beta) în care deplasatorul este acţionat pneumatic. În același timp, actuatorul pneumatic însuși funcționează de la presiunea diferențială din calea gazului a mașinii. Vezi brevetul SUA nr. 856102 A fost dezvoltată o teorie a unor astfel de mașini care a permis crearea cel puțin a prototipurilor funcționale. Adesea, aceste prototipuri au fost realizate prin reprelucrarea motoarelor cu combustie internă cu un singur cilindru. Nativ pistonul motorului cu ardere internă folosit ca glisor, i se adaugă o tijă și un al doilea piston, care este deja pistonul de lucru al motorului Stirling. Iar antrenarea deplasatorului este pneumatică, deci nu mai sunt necesare modificări în designul ICE. Au fost construite prototipuri de acest fel. Cu toate acestea, din câte știu, nu a ajuns la implementare practică. Toată această poveste este descrisă în cartea „Ringbom Stirling Engines” de James R. Senft, care poate fi cumpărată oriunde în America. Am cumparat-o folosind un card de plastic, cred ca se numeste Visa Electron, iar cartea mi-a fost livrata prin posta. Functioneaza totul, asa ca il recomand.

Din punctul meu de vedere, motoarele de antrenare Ringbom nu sunt atât de simple pe cât par. Avantajul lor, văd o mai potrivită decât sinusoidele pure, legea mișcării pistoanelor. Acest lucru este deosebit de important în cazul diferențelor scăzute de temperatură. Un alt avantaj este simplitatea mecanismului cinematic, cu toate acestea, aceasta este parțial compensată de detaliile suplimentare necesare pentru a antrena dispozitivul de deplasare. Dezavantajul pentru mine este că deplasatorul controlat pneumatic se mișcă cu o accelerație mare - se împușcă la fiecare ciclu ca un dop de plută dintr-o sticlă. Cu toate acestea, sarcinile de șoc sunt amortizate de amortizoare pneumatice și, mai degrabă decât să vă faceți griji pentru rezistență, ci pentru echilibru și vibrații. Deoarece legea de mișcare a unui deplasator controlat pneumatic este necunoscută în prealabil și depinde de condițiile specifice din fiecare moment (de temperatura încălzitorului, viteza, sarcina), este imposibil să se furnizeze nici măcar dispozitive de echilibrare suplimentare. Adică, poți fi sigur că motorul condus de Ringbom nu se echilibrează deloc.

În general, subiectul motoarelor cu motor Ringbom este un subiect de cercetare. Când vă concentrați pe linia de jos, trebuie să urmați modelele deja testate. Prin urmare, acest subiect nu mă interesează prea mult.

Singurul lucru pe care vreau să-l remarc este că motoarele Ringbom sunt oarecum legate de motoarele cu piston liber, dar sunt mult mai simple din punct de vedere al implementării. Se pare că motoarele cu piston liber sunt extrem de complexe datorită faptului că legea mișcării lor permite prea multe grade de libertate. În același timp, a le face să funcționeze stabil, ținând cont de variabilitatea încălzirii, încărcarea și degradarea etanșărilor, este o sarcină extrem de dificilă. Motoarele Ringbom sunt lipsite de acest dezavantaj - pistonul lor se mișcă datorită mecanismului, iar antrenarea pneumatică a deplasatorului funcționează stabil într-un anumit mod.

Motoare cu temperaturi joase

Acestea sunt motoare care funcționează la o diferență de temperatură de câteva grade. Astfel de motoare sunt fabricate exclusiv de tip gamma, au un cilindru plat cu cilindree, un cilindr cu o cursă foarte scurtă, iar volumul cilindrului de lucru este de multe ori mai mic decât volumul cilindrului cu cilindree. Au foarte puțină putere. De exemplu, o mașină cu un cilindru de cilindree de 25 cm în diametru, cu o unitate Ringbom, la o diferență de temperatură de 90 de grade, producea doar 1 watt. Mulți modele interesante acest tip a fost inventat și implementat de Hubert Stierhof, de exemplu http://www.geocities.com/hustierhof/MC_SOLAR.html

Practic, acestea sunt studiate pentru utilizarea energiei solare. Un punct important de făcut aici este că orice motor Stirling poate fi îmbunătățit într-o anumită măsură prin creșterea presiunii gazului. Dacă același motor ar putea fi pompat cu gaz la 100 de atmosfere, atunci ar fi produs deja 100 de wați. Acest lucru nu se poate face direct, deoarece rezistența materialelor este limitată, iar conductivitatea termică a suprafețelor pentru furnizarea și îndepărtarea căldurii este, de asemenea, limitată. Cu toate acestea, acest lucru indică o anumită promisiune pentru crearea de motoare cu temperatură scăzută și de putere semnificativă. Dacă fantezi puțin despre acest subiect, atunci îți poți imagina motor cu temperatură scăzută realizate cu fund concav sau convex, de exemplu, pe baza de butelii GPL. De exemplu, o butelie de propan de 5 litri are un diametru de aproximativ 25 de centimetri și poate fi pompată până la 10-15 atmosfere. Adică vă puteți imagina că se va dovedi a fi un motor de aproximativ 10 wați cu o diferență de temperatură de 90 de grade.

Motoare cu o singura parte in miscare

Au fost inventate și astfel de mașini. Au un piston adevărat care funcționează, dar deplasatorul din ele este unul „virtual”. În primul rând, este mașină de încălzire lentă sau Motor cu întârziere termică. Care este sensul lui? Pistonul de lucru și pereții cilindrului de lucru sunt reci, dar există o tranziție de la cilindru la camera fierbinte - încălzitorul. În primul rând, aerul este comprimat de pistonul de lucru și este forțat în camera fierbinte. În timp ce pistonul este înăuntru top mort punct, gazul are timp să se încălzească și presiunea acestuia crește. Apoi există o cursă de lucru - gazul se extinde și împinge pistonul. În același timp, intră în cilindrul de lucru și este răcit. Această răcire are loc în timp ce pistonul este înăuntru fund mort punct. Nu voi face o imagine și nici măcar nu întreb, dar există brevetul american Tyler nr. 5414997, unde totul este scris și desenat, totuși, în engleză. Mai mult, brevetul include aproape Descriere completa cum se face o mașină, cu toate dimensiunile principale și indicatorii ei de performanță.

Această mașină pur și simplu captivează prin simplitatea ei. Cea mai bună parte este că nu există cerinte speciale la fabricarea precisă a pieselor fierbinţi. Și aceste piese fierbinți sunt adesea realizate din oțel inoxidabil, trebuie să combine forma precisă, rezistența la coroziune, conductivitate termică ridicată în unele locuri și scăzută în altele, au o formă complexă și trebuie să mențină presiunea. Uf, câte cerințe.

Dar... de fapt, fluxul ei de lucru nu merge exact așa cum ne-am dori. Încălzirea și răcirea cu gaze au loc mai intens în momentul în care gazul se mișcă. Adică, ar trebui să se aștepte ca gazul să înceapă să se încălzească deja în timpul fazei de compresie și să înceapă să se răcească deja în timpul fazei de expansiune. De asemenea, în absența unui regenerator, există un contact constant al gazului încălzit și răcit unul cu celălalt, ceea ce duce la pierderi termodinamice mari.

Nu cred că se poate aștepta o eficiență semnificativă de la această mașină. Aparent, autorul brevetului s-a confruntat cu această problemă în practică, prin urmare, brevetul conține nu numai cele mai multe circuit simplu dar si mai complex. Oamenii au făcut și o mașină de lucru de acest fel cu un regenerator. http://www.stirlingengines.org.uk/thermo/lamina.html Din câte îmi pot imagina, un proces similar de „încălzire lentă” și „răcire lentă” are loc nu numai în încălzitor și frigider, ci și la fiecare punctul de regenerare. Deoarece în acest caz gradienții de temperatură dintre gaz și perete sunt mai mici, atunci eficiența unei astfel de mașini ar trebui să fie și mai mare (acești gradienți conduc la pierderi de eficiență). Poate că poate fi o mașină serioasă, dar trebuie încercată.

Dacă cineva dorește vreodată să construiască o astfel de mașină, atunci scrieți - vom discuta ce se poate face. Mai am câteva idei (destul de grosolane) despre cum să fac o mașină de acest gen, dar oferă o schimbare de fază într-un mod diferit. De exemplu, folosind un doi cilindri motor de motocicleta cu un unghi de fază mic între cilindri. Ideea principală este că în zona punctului mort superior, gazul (deja comprimat) este pompat rapid prin încălzitor, care are o rezistență hidraulică mare. Acest proces este oarecum similar cu procesul de ardere într-un motor cu ardere internă, dar arderea este externă. Dar încă nu mi-am dat seama cum să răcesc gazul într-o astfel de mașină.

Următoarea mașină cu o piesă mobilă este termoacustic o mașină. Acesta, în esența sa, este structurat aproape în același mod ca o mașină de încălzire lentă cu un regenerator, dar acolo pistonul vibrează cu o frecvență a sunetului și intră în joc o schimbare de fază între presiune și mișcare într-o undă sonoră. Ca piston într-o astfel de mașină, puteți utiliza pur și simplu un microfon de putere adecvată, a cărui frecvență de rezonanță coincide cu frecvența vibrațiilor sonore din cilindru.

Exemple de motoare care pot servi drept prototipuri

Surse de informatii aici:

1. Motorul Phillips Stirling, C.M. Hargreaves, Elseiver, 1991

Câteva cuvinte despre scalare

Probleme de proiectare

Căptușeală fierbinte a cilindrului - este nevoie

Alfa, beta sau gamma?

Este spațiul dăunător atât de dăunător?

Unele modele, relații și compromisuri

Materiale pentru încălzire

Încălzitor - unde este blocajul?

Amplificator de încălzire

Regeneratoare

Etanșare piston, lubrifiant, pericol de explozie

Opțiuni de conducere

Carter presurizat, fără presiune sau fără carter

Aveți nevoie de un capac fierbinte pe piston și cilindru?

Programul meu de calcul

Defectul în metoda Schmidt, modelul adiabatic și calculul numărului Beale

Puncte forte ale Simplului

Punctele slabe ale lui Simple

Calculul încălzitorului și al răcitorului nu este satisfăcător - se utilizează metoda analogiei Reynolds, care este potrivită pentru un flux turbulent dezvoltat. Numărul Reynolds în încălzitoare poate fi destul de scăzut, în special pentru mașinile de joasă presiune, și corespunde condițiilor tranzitorii sau laminare.

Astfel de specii importante pierderi ca pierderi navetei. Amploarea pierderilor de navetă este mare și pot reduce semnificativ eficiența.

O nouă sursă importantă de energie mecanică pentru conducerea unei mașini este motorul Stirling. Este aproape necunoscut, există doar prototipurile sale, așa că puteți oferi doar o descriere superficială a principiului său de funcționare și design. În forma sa originală, a existat ca o mașină de expansiune termică, în al cărei cilindru corp de lucru de exemplu, aerul a fost răcit înainte de comprimare și încălzit înainte de expansiune. Schema și principiul de funcționare a unui astfel de motor sunt prezentate în Fig. 1.

În partea superioară a cilindrului 1 există o manta de răcire cu apă 2, iar partea inferioară a cilindrului este încălzită constant de flacără. Cilindrul conține un piston de lucru 3 etanș inele de piston si legat printr-o biela cu arbore cotit(arborele cotit nu este prezentat în figură). Între partea inferioară a cilindrului și pistonul de lucru se află un piston de deplasare 4, care se deplasează în cilindru cu decalaj mare... Aerul prins în cilindru este pompat prin acest gol de către dispozitivul de deplasare 4 fie la partea inferioară a pistonului de lucru, fie la fundul încălzit al cilindrului. Deplasatorul este antrenat de o tijă 5 care trece printr-o etanșare din piston și antrenat de un mecanism excentric care se rotește cu un unghi de întârziere de aproximativ 90 ° în comparație cu mecanismul de antrenare al pistonului de lucru.

În poziția a, pistonul se află la BDC (centrul mort inferior) și aerul răcit de pereții cilindrului este prins între acesta și deplasator. În următoarea fază b, deplasatorul se mișcă în sus, iar pistonul rămâne la BDC. Aerul dintre ele este împins prin golul dintre deplasator și cilindru până la fundul cilindrului și este răcit de pereții cilindrului. Funcționează faza c, timp în care aerul este încălzit de fundul fierbinte al cilindrului, se extinde și împinge ambele pistoane până la PMS (centrul mort superior).

După finalizarea cursei de lucru, deplasatorul revine în poziția inferioară în partea de jos a cilindrului și împinge aerul prin golul dintre pereții cilindrului în camera de sub piston, în timp ce aerul este răcit de pereți. In pozitia r aer rece pregătit pentru compresie, iar pistonul de lucru se deplasează de la TDC la BDC. Deoarece munca cheltuită în comprimarea aerului rece este mai mică decât munca efectuată în extinderea aerului cald, apare o muncă utilă. Volanul servește ca un acumulator de energie necesar pentru compresia aerului.

În versiunea descrisă, motorul Stirling a avut cea mai scăzută eficiență, deoarece căldura conținută în aer după cursa de lucru a trebuit să fie îndepărtată în lichidul de răcire prin pereții cilindrului. Aerul în timpul unei curse a pistonului nu a avut timp să se răcească suficient și a fost necesar să se mărească timpul de răcire, drept urmare și turația motorului a fost scăzută. , care depinde, după cum am menționat mai devreme, de diferența dintre temperaturile maxime și minime ale ciclului de funcționare, a fost de asemenea mică. Căldura aerului evacuat a fost îndepărtată în apa de răcire și s-a pierdut complet.

Motorul Stirling a fost îmbunătățit semnificativ de Philips (Olanda). În primul rând, s-a folosit un regenerator extern de căldură, prin care aerul era pompat din partea superioară a cilindrului în cea inferioară sub acțiunea unui deplasator. Un radiator a fost conectat în serie la regeneratorul din circuitul extern. Regeneratorul acumulează căldura aerului care intră în camera rece după expansiune. Cu flux de aer înăuntru direcție inversă bateria ii da inapoi caldura. Aceasta crește diferența dintre temperaturile maxime și minime ale ciclului și căldura trebuie îndepărtată de sistemul de răcire. Radiatorul situat în spatele regeneratorului elimină doar o parte din această căldură, restul este stocat în acumulator și este folosit din nou. Ca urmare, nu numai că eficiența motorului se îmbunătățește, dar crește și viteza maximă de rotație a acestuia, ceea ce afectează puterea și greutatea specifică a motorului. Căldura de la gazele de evacuare de la preîncălzitor este utilizată pentru a crește temperatura aerului proaspăt furnizat camerei de ardere. Designul descris al motorului este prezentat în Fig. 2.

În poziția a, aerul este comprimat și, la deplasarea în partea superioară a cilindrului, este încălzit mai întâi în regenerator și apoi în încălzitor. În poziția b, tot aerul este deplasat din spațiul dintre cele două pistoane și efectuează lucrul mutând ambele pistoane în poziția inferioară. În poziţia B, după terminarea lucrării, pistonul de lucru rămâne în poziţia inferioară, iar deplasatorul 1 începe să împingă aerul din partea superioară a cilindrului în spaţiul dintre pistoane prin regenerator, în care aerul dă. stinge o parte semnificativă a căldurii sale și radiatorul, unde aerul este răcit și mai profund. În ultima fază a ciclului d, aerul este răcit și forțat din partea superioară a cilindrului în spațiul dintre pistoane, unde este comprimat.

Comprimarea aerului rece, intrarea lui prin regenerator și radiator în partea superioară a cilindrului, dilatarea și răcirea ulterioară a aerului reprezintă ciclul de funcționare. O masă constantă de aer este menținută în cilindru, astfel încât cilindrul funcționează fără evacuare. Orice sursă de căldură poate fi folosită pentru încălzire. În schema avută în vedere, se utilizează un cazan cu combustibil lichid; conținutul de substanțe nocive depinde de caracterul complet al arderii combustibilului în camera de ardere a cazanului. Deoarece acest lucru creează un mod de ardere continuă la o temperatură relativ scăzută și un exces mare de aer, este posibil să se realizeze ardere completă si mici.

Avantajul motorului Stirling este, de asemenea, că poate funcționa nu numai cu o varietate de combustibili, dar face posibilă utilizarea diferitelor tipuri de surse de căldură. Aceasta înseamnă că motorul nu depinde de prezența atmosferei. Poate funcționa la fel de bine în spații restrânse atât pe submarine, cât și pe sateliți. Când se utilizează un acumulator de căldură cu LiF, căldura este furnizată motorului printr-o conductă de căldură, așa cum se arată în Fig. 3.

În partea de jos a Fig. 2 prezintă un mecanism de antrenare rombic care controlează mișcarea ambelor pistoane. Pentru antrenare se folosesc doi arbori cotiți, legați printr-o pereche de roți dințate și care se rotesc în direcții opuse. Capetele tijei de deplasare 1 și ale tijei tubulare ale pistonului 2 sunt conectate prin intermediul unor biele separate la ambii arbori cotit. Dacă manivelele ambelor arborii cotit sunt situate în poziție de vârfşi se deplasează din poziţia a în poziţia b, apoi bielele pistonului de lucru 2 sunt situate lângă PMS şi acesta se deplasează uşor în apropierea PMS. Bielele deplasatorului care se deplasează în această fază a ciclului se deplasează în jos și pistonul se mișcă și el cu cea mai mare viteză din poziția a în poziția b.

Sensul opus de rotație al celor doi arbori cotit face posibilă plasarea pe acestea a contragreutăților necesare echilibrării forțelor inerțiale de ordinul întâi și momentelor acestora din masele alternative care există la motoarele monocilindrice și în linie.

Mecanismul rombic are, de asemenea, avantajul că bielele transferă forțele de la tijele pistonului către arborii cotit simetric, iar forțele laterale nu apar în rulmenți și garniturile pistonului. Acesta din urmă este foarte important, deoarece este necesară o presiune mare de funcționare pentru ca motorul să funcționeze cu o eficiență bună.

Comun mecanisme de manivelă la presiune mare asupra pistonului și unghiuri mari de deformare a bielei, apar forțe laterale mari care acționează asupra pistonului și provoacă pierderi mari prin frecare și uzură mare... Prin folosirea unei traverse sau a unui mecanism rombic, acest fenomen negativ este eliminat și se poate obține o etanșare bună a pistoanelor.

Pentru a împiedica tijele să transmită forțe mari la rulmenții de biele principale și de biele arborilor cotit, sub pistonul de lucru se menține o contrapresiune egală cu presiunea medie de lucru în cilindru, este de aproximativ 20 MPa.

Apar dificultăți semnificative la reglarea puterii unui motor Stirling. Modificarea puterii rezultată din modificarea cantității de combustibil furnizat încălzitorului este nesemnificativă. Un rezultat mai vizibil poate fi obținut prin schimbarea presiunii sau a cantității de fluid de lucru. Această metodă de control al puterii este utilizată într-un motor de mașină Stirling. Pentru a reduce puterea, o parte din gazul din butelii este ocolită în rezervorul de joasă presiune; Pentru a crește puterea, gazul este furnizat cilindrilor dintr-un rezervor de înaltă presiune, unde este pompat în prealabil de un compresor special dintr-un rezervor de joasă presiune. Pentru motoare cu piston cu dublă acțiune pentru a reduce puterea, gazul este ocolit din partea de sus a pistonului spre partea de jos printr-un canal special. Transfer de la toata puterea ralanti durează 0,2 s; procesul invers durează aproximativ 0,6 s.

Pentru a menține pierderile prin frecare ale gazului mici pe măsură ce trece prin canalele înguste ale regeneratorului și radiatorului, se folosește heliu și încearcă, de asemenea, să folosească hidrogen. Pentru a reduce dimensiunea și greutatea, patru cilindri cu piston cu dublă acțiune în motorul de a doua generație sunt poziționați așa cum se arată în fig. 9. În loc de arbore cotit, se folosește o acționare a plăcii oscilătoare. Prezența presiunii ridicate a gazului pe ambele părți ale pistonului asigură că doar o mică diferență de presiune este transmisă șaibei de antrenare. Întrucât într-un motor Stirling toată căldura îndepărtată este transferată la lichidul de răcire, radiatorul acestui motor trebuie să fie de 2 ori mai mare decât cel al motoarelor convenționale cu ardere internă.

Ca exemplu, luați în considerare două motor de automobile Stirling. Motorul rombic cu patru cilindri de prima generație prezentat în fig. 10, are un diametru al cilindrului de 77,5 mm, o cursă a pistonului de 49,8 mm (deplasare 940 cm 3), dezvoltă o putere de 147 kW la 3000 min -1 și o presiune medie în cilindru de aproximativ 22 MPa. Temperatura chiulasei este menținută la aproximativ 700 ° C, iar temperatura lichidului de răcire este de 60 ° C. Greutatea uscată a motorului este de 760 kg. Pornirea la rece și încălzirea motorului până când temperatura chiulasei atinge 700 ° C durează aproximativ 20 de secunde. La o temperatură a apei de 55 ° C, eficiența indicatorului motorului pe bancul de testare a atins 35%. Puterea specifica este de 156 kW / dm 3, iar greutatea specifica pe unitatea de putere este de 5,2 kg / kW.

În Fig. 9. Motorul are aproximativ aceeași dimensiune și greutate ca un motor convențional pe benzină și are o putere de 127 kW. Patru cilindri cu pistoane cu dublă acțiune sunt amplasați în jurul axei arborelui de antrenare al plăcii oscilante. Cazanul de preîncălzire, comun tuturor celor patru cilindri, are o duză. La o mașină Ford Torino (SUA), consumul de combustibil cu acest motor a fost cu 25% mai mic decât cu un motor pe benzină cu 8 cilindri în formă de V. Conținutul de NOx din gazele de eșapament ale sistemului de preîncălzire, datorită utilizării recircularei acestora, a fost mult mai mic decât norma stabilită.

Diametrul cilindrului motorului Philips 4-215 DA este de 73 mm, cursa pistonului este de 52 mm. Puterea motorului 127 kW la o turație de 4000 min -1. Temperatura încălzitorului (temperatura chiulasei) este de 700 ° C, iar temperatura lichidului de răcire este de 64 ° C.

Firma suedeză, United Sterling, și-a proiectat motorul Stirling pentru a profita la maximum de piesele sale produse în serie. industria auto... Se utilizează un arbore cotit convențional și o biela, care împreună cu capul transversal transformă mișcarea de translație a pistonului cu dublă acțiune în mișcarea arborelui rotativ. O vedere în secțiune a acestui motor în V cu patru cilindri este prezentată în fig. 11. Rândurile de cilindri sunt situate la un unghi ușor, capetele cilindrilor formează un grup comun, încălzit de un arzător.

Greutatea specifică estimată a acestui motor este de 2,4 kg/kW, ceea ce poate fi comparat cu performanța unui motor diesel de mare viteză de dimensiuni reduse foarte bun. Greutatea specifică a motoarelor Stirling a scăzut de la 6,1-7,3 kg / kW la 4,3 kg / kW și este în scădere constantă.

Producția unui motor Stirling necesită o tehnologie complet diferită de tehnologia de producere a motoarelor cu ardere internă, care va încetini introducerea acestuia în producție. Cu toate acestea, dezvoltarea unor astfel de motoare continuă ca benzină tradițională și motoare diesel nu vor îndeplini cerințele viitoare ale purității necesare a gazelor de eșapament, iar motoarele Stirling create dau motive să sperăm că această problemă poate fi rezolvată. Deoarece schimbarea presiunii gazelor în cilindrul unui motor Stirling este lină, acesta funcționează stabil și silențios, asemănător cu un motor cu abur. Cu toate acestea, o cantitate mare de căldură reziduală necesită soluții noi în domeniul sistemelor de răcire.

Un mare progres în motoarele Stirling a fost realizat cu crearea motorului Philips 4-215 DA. Motorul este proiectat pentru a fi utilizat în mașinile de pasageri și ocupă la fel de mult spațiu în ele ca o benzină obișnuită Motor în formă de V putere egală. Masa motorului Philips 4-215 DA este de 448 kg, iar cu o putere maximă de 127 kW greutatea sa specifică este de 3,5 kg/kW. Eficiența indicatorului acestui motor atunci când se utilizează hidrogen ca fluid de lucru sub o presiune de 20 MPa este de 35%.

Pornirea la rece a motorului durează 15 secunde, consumul de combustibil al mașinii în traficul urban este cu 25% mai mic decât în ​​cazul unuia normal motor pe benzina... Puterea motorului este reglată prin modificarea cantității și presiunii fluidului de lucru.

Densitatea hidrogenului este de 14 ori mai mică decât cea a aerului, iar capacitatea sa de căldură este, de asemenea, de 14 ori mai mare decât cea a aerului. Acest lucru are un efect pozitiv asupra pierderilor hidraulice, în special în regenerator, și duce în general la o creștere a eficienței motorului (vezi Fig. 4).

De la trecut la viitor! În 1817, preotul scoțian Robert Stirling a primit... un brevet pentru un nou tip de motor, numit ulterior, ca motoarele Diesel, după numele inventatorului - Stirling. Enoriașii unui mic oraș scoțian s-au uitat de mult la pastorul lor spiritual cu o suspiciune evidentă. Încă ar fi! Şuierăturile şi zgomotele care pătrundeau în pereţii hambarului, unde părintele Stirling dispăreau adesea, puteau încurca nu numai minţile lor temătoare de Dumnezeu. Au existat zvonuri persistente că în hambar era ținut un dragon groaznic, pe care sfântul părinte îl îmblânzise și îl hrănea cu lilieci și kerosen.

Dar Robert Stirling, unul dintre cei mai luminați oameni ai Scoției, nu a fost jenat de ostilitatea turmei. Treburile și grijile lumești îl ocupau tot mai mult, în detrimentul slujirii Domnului: l-au dus pe pastor... mașini.

Insulele Britanice treceau printr-o revoluție industrială la acea vreme: fabricile se dezvoltau rapid. Iar clerul nu rămâne indiferent la veniturile uriașe pe care le promite noul mod de producție.

Cu binecuvântarea bisericii și nu fără ajutorul proprietarilor fabricii au fost construite mai multe utilaje Stirling, iar cea mai bună dintre ele, de 45 CP. S., a lucrat trei ani la mina din Dundi.

Dezvoltarea ulterioară a lui Stirling a fost amânată: în anii 60 ai secolului trecut, un nou motor Erickson a intrat în arenă.

Ambele modele aveau multe în comun. Acestea erau motoarele ardere externă... La ambele mașini, fluidul de lucru era aer, iar la ambele mașini, regeneratorul a stat la baza motorului, trecând prin care aerul fierbinte evacuat degaja toată căldura. O porțiune proaspătă de aer, care se scurgea printr-o plasă densă de metal, a luat această căldură înainte de a intra în cilindrul de lucru.

Conform diagramei din figura 1, este posibil să se urmărească modul în care aerul prin conducta de aspirație 10 și supapa 4 intră în compresorul 3, este comprimat și prin supapa 5 intră în rezervorul intermediar. În acest moment, bobina 8 închide țeava de evacuare 9, iar aerul prin regenerator intră în cilindrul de lucru 1, încălzit de cuptorul 11. Aici aerul se dilată, făcând muncă utilă, care este parțial direcționat către pistonul greu ridicat, parțial pentru a comprima aerul rece din compresorul 3. Pe măsură ce coboară, pistonul împinge aerul evacuat prin regeneratorul 7 și bobina 8 în conducta de evacuare. Când pistonul este coborât, o porțiune proaspătă de aer este aspirată în compresor.

1 - cilindru de lucru, 2 - piston; 3 - compresor; 4 - supapă de aspirație; 5 - supapa de refulare; 6 - rezervor intermediar; 7 - regenerator; 8 - supapă de bypass; 9 - teava de evacuare; 10 - conducta de aspiratie; 11 -foc.

Ambele modele nu erau economice. Dar din anumite motive, au existat mai multe probleme cu motorul lui Scotsman și era mai puțin fiabil decât motorul lui Erickson. Poate de aceea au trecut cu vederea un detaliu foarte important: cu putere egală, motorul Stirling era mai compact. În plus, a avut un avantaj semnificativ în termodinamică...

Compresie, încălzire, expansiune, răcire - acestea sunt cele patru procese principale necesare pentru funcționarea oricărui motor termic. Fiecare dintre ele poate fi realizată în moduri diferite. De exemplu, încălzirea și răcirea cu gaze pot fi efectuate într-o cavitate închisă de volum constant (proces izocor) sau sub un piston în mișcare la presiune constantă (proces izobar). Comprimarea sau expansiunea gazului poate apărea atunci când temperatura constanta(proces izoterm) sau fără schimb de căldură cu mediul (proces adiabatic). Prin alcătuirea lanțurilor închise din diverse combinații ale unor astfel de procese, este ușor de obținut cicluri teoretice de-a lungul cărora toate motoare termice... Să presupunem că o combinație de doi adiabați și două izocore formează ciclul teoretic al unui motor pe benzină. Dacă înlocuim în el izocorul, de-a lungul căruia este încălzit gazul, cu izobar, obținem un ciclu diesel. Două adiabate și două izobare vor da ciclul teoretic al unei turbine cu gaz. Dintre toate ciclurile imaginabile, combinația dintre doi adiabați și două izoterme joacă un rol special. rol importantîn termodinamică, deoarece conform unui astfel de ciclu - ciclul Carnot - trebuie să funcționeze motorul cu cea mai mare eficiență.

Dacă în motorul Stirling căldura a fost furnizată de-a lungul izocorilor, atunci în Erickson acest proces a avut loc de-a lungul izobarei, iar procesele de compresie și expansiune au decurs de-a lungul izotermelor.

La începutul acestui secol, motoarele Erickson de putere redusă (aproximativ 10-20 CP) erau folosite în diverse țări. Mii de astfel de instalații au lucrat în fabrici, în tipografii, mine și mine, au răsucit puțurile mașinilor, au pompat apă, au ridicat lifturi. Erau cunoscuți și în Rusia sub numele de „căldură și putere”.

Au fost făcute încercări de a realiza un motor marin mare, dar rezultatele testelor i-au descurajat nu numai pe sceptici, ci și pe Erickson însuși. Contrar profețiilor primei, nava „s-a mutat de la locul său” și a traversat chiar Oceanul Atlantic. Dar așteptările inventatorului au fost și ele înșelate: patru motoare gigantice în loc de 1000 CP. cu. dezvoltat doar 300 de litri. cu. Consumul de cărbune era același cu cel al motoarelor cu abur. În plus, până la sfârșitul călătoriei, fundul cilindrilor de lucru ars în întregime, iar în Anglia motoarele trebuiau îndepărtate și înlocuite în secret cu una convențională. motor cu aburi... Pe lângă toate nenorocirile de la întoarcerea în America, nava s-a prăbușit și a murit cu tot echipajul.

1 - piston de lucru 2 - piston de deplasare; 3 - cooler; 4 - încălzitor; 5 - regenerator; 6 - spatiu rece; 7 - spațiu fierbinte.

După ce a abandonat ideea de a construi „mașini calorice” de mare putere, Erickson a lansat o producție de masă. motoare mici... Faptul este că nivelul de știință și tehnologie din acea vreme nu permitea proiectarea și construirea unei mașini economice și puternice.

Dar principala lovitură pentru Erickson a venit de la inventatorii motorului cu ardere internă. Dezvoltarea rapidă a motoarelor diesel și cu carburator a forțat o idee bună să fie uitată.

... A trecut un secol. În anii 1930, unul dintre departamentele militare a instruit compania Philips să dezvolte o centrală electrică cu o capacitate de 200-400 de wați pentru o stație de radio în marș. Mai mult, motorul trebuie să fie omnivor, adică să funcționeze cu orice tip de combustibil.

Specialiștii firmei s-au pus să lucreze cu toată minuțiozitatea. Am început prin a cerceta diferite cicluri termodinamice și, spre surprinderea noastră, am descoperit că cel mai economic din punct de vedere teoretic era motorul Stirling de mult uitat.

Războiul a suspendat cercetările, dar la sfârșitul anilor '40 lucrările au fost continuate. Și apoi, în urma a numeroase experimente și calcule, a fost făcută o nouă descoperire - un circuit închis, în care o presiune de aproximativ 200 atm. a circulat fluidul de lucru (hidrogen sau heliu, ca având cea mai mică vâscozitate și cea mai mare capacitate de căldură). Adevărat, după ce au închis ciclul, inginerii au fost forțați să aibă grijă de răcirea artificială a fluidului de lucru. Așa a apărut un cooler, pe care primele motoare cu ardere externă nu l-au avut. Și deși încălzitorul și răcitorul, oricât de compacte ar fi, îngreunează stilul, ele îi conferă o calitate foarte importantă.

Izolați de mediul extern, practic nu depind de acesta. Stirling poate funcționa din orice sursă de căldură peste tot: sub apă, sub pământ, în spațiu - adică acolo unde motoarele cu ardere internă care au nevoie de aer nu pot funcționa. În astfel de condiții, în principiu, este imposibil să faci fără încălzitoare și răcitoare care transferă căldura prin perete. Și apoi Stirlingi și-au învins rivalii chiar și în greutate. Primele prototipuri aveau o greutate specifică pe unitatea de putere de ordinul a 6-7 kg pe litru. cu.ca tine motorine marine... Stirlingurile moderne au un raport și mai mic - 1,5-2 kg pe litru. cu. Sunt chiar mai compacte și mai ușoare.

Deci, schema a devenit două circuite: un circuit cu un agent de lucru și al doilea - alimentare cu căldură; acest lucru a făcut posibilă aducerea producției de energie până la 200 de litri. cu. pe litru de volum de lucru și eficiență - până la 38-40 la sută. Spre comparație: modern

nye diesels au eficienta. 34-38 la sută și motoare cu carburator- 25-28. În plus, procesul de ardere a combustibilului în Stirling este continuu, iar acest lucru reduce drastic toxicitatea - în ceea ce privește producția de monoxid de carbon de 200 de ori, iar pentru oxidul de azot - cu 1-2 ordine de mărime. Aici, poate, una dintre soluțiile radicale la problema poluării aerului urban.

Partea de lucru a Stirling-ului modern este un volum închis umplut cu gaz de lucru (Fig. 2). Partea superioară a volumului este fierbinte, se încălzește continuu. Cel de jos este rece, tot timpul este răcit de apă. În același volum - un cilindru cu două pistoane: un deplasator și unul de lucru. Când pistonul urcă, gazul este comprimat în volum; jos - se extinde. O mișcare în sus și în jos a pistonului de deplasare produce o distribuție alternativă a gazului încălzit și răcit. Când pistonul de deplasare este în poziția sus (în spațiul fierbinte), cea mai mare parte a gazului este forțat să iasă în zona rece. În acest moment, pistonul de lucru începe să se miște în sus și comprimă gazul rece. Acum pistonul de deplasare coboară până când atinge pistonul de lucru, iar gazul rece comprimat este pompat în spațiul fierbinte. Extinderea gazului încălzit - cursă de lucru. O parte din energia cursei de lucru este stocată pentru comprimarea ulterioară a gazului rece, iar excesul merge la arborele motorului.

Regeneratorul este situat intre spatiile reci si cele calde. Când gazul fierbinte expandat este pompat în partea rece prin mișcarea pistonului de deplasare, acesta trece printr-un mănunchi dens de fire subțiri de cupru și eliberează căldura conținută în el. În cursa de retur, aerul rece comprimat, înainte de a intra în partea fierbinte, preia această căldură înapoi.

1 - injector de combustibil; 2 - evacuarea gazelor răcite, 3 - încălzitor de aer; 4 - ieșire gaze fierbinți; 5 - spatiu fierbinte; 6 - regenerator; 7 - cilindru; 8 - tuburi răcitoare; 9 - spatiu rece; 10 - piston de lucru; 11 - antrenare rombica; 12 - camera de ardere; 13 - tuburi de incalzire; 14 - piston de deplasare; 15 - admisie aer pentru arderea combustibilului; 16 - cavitate tampon.

Desigur în masina adevarata totul nu pare atât de simplu (fig. 3). Nu este posibil să încălziți rapid gazul printr-un perete gros al cilindrului; acest lucru necesită o suprafață de încălzire mult mai mare. De aceea partea superioară a volumului închis este transformată într-un sistem de tuburi subțiri încălzite de flacăra duzei. Pentru a utiliza cât mai deplin căldura produselor de ardere, aerul rece furnizat duzei este preîncălzit de gazele de evacuare - așa apare un circuit de ardere destul de complex.

Partea rece a volumului de lucru este, de asemenea, un sistem de conducte în care este pompată apa de răcire.

Sub pistonul de lucru se află o cavitate tampon închisă umplută cu gaz comprimat. În timpul cursei de lucru, presiunea în această cavitate crește. Energia stocată în acest caz este suficientă pentru a comprima gazul rece în volumul de lucru.

Temperatura și presiunea au crescut necontrolat pe măsură ce mă îmbunătățim. 800 ° Celsius și 250 atm. - aceasta este o sarcină foarte dificilă pentru designeri, este o căutare a materialelor deosebit de puternice și rezistente la căldură, o problemă dificilă de răcire, deoarece degajarea de căldură în comparație cu motoare clasice aici de una și jumătate până la două ori mai mult.

Rezultatele acestor experimente conduc uneori la cele mai neașteptate constatări. De exemplu, specialiștii companiei „Philips”, care funcționează cu motorul la ralanti (fără încălzire), au observat că chiulasa este foarte răcită. Un efect descoperit complet accidental a dus la o serie întreagă de dezvoltări și, ca urmare, la nașterea unei noi mașini frigorifice. Acum astfel de unități frigorifice de înaltă performanță și de dimensiuni mici sunt utilizate pe scară largă în întreaga lume. Dar să revenim la motoarele termice.

Evenimentele ulterioare se formează ca un bulgăre de zăpadă. În 1958, odată cu achiziționarea de licențe de către alte firme, Stirling a pășit peste ocean. Au început să-l testeze în diferite domenii ale tehnologiei. Se dezvoltă un proiect pentru utilizarea unui motor pentru alimentarea echipamentelor nave spațialeși sateliți. Pentru posturile radio de teren se creează centrale electrice care funcționează cu orice tip de combustibil (cu o capacitate de aproximativ 10 CP), care au un nivel de zgomot atât de scăzut încât nu se aude timp de 20 de trepte.

O uzină demonstrativă care funcționează cu douăzeci de tipuri de combustibil a făcut o senzație uriașă. Fără a opri motorul, prin simpla rotire a macaralei, benzina, motorina, țițeiul, uleiul de măsline, gazul combustibil au fost introduse alternativ în camera de ardere, iar mașina „mânca” perfect orice „furaj”. În presa străină au apărut rapoarte despre un proiect de motor de 2,5 mii litri. cu. cu un reactor nuclear. Eficiență estimată 48-50%. Toate dimensiunile unității de putere sunt reduse semnificativ, ceea ce permite ca greutatea și suprafața eliberate să fie acordate pentru protecția biologică a reactorului.

Încă unul dezvoltare interesantă- conduce pentru o inimă artificială cu o greutate de 600 g și o putere de 13 W. Un izotop slab radioactiv îi oferă o sursă aproape inepuizabilă de energie.

Motorul Stirling a fost testat pe unele mașini. În ceea ce privește parametrii de funcționare, nu a fost inferior celui al carburatorului, iar nivelul de zgomot și toxicitate gaze de esapament a scăzut semnificativ.

O mașină cu stil poate funcționa cu orice tip de combustibil și, dacă este necesar, pe o topitură. Imaginați-vă: înainte de a intra într-un oraș, un șofer aprinde un arzător și topește câteva kilograme de oxid de aluminiu sau hidrură de litiu. Conduce pe străzile orașului „fără fum”: motorul este alimentat de căldura stocată în topitură. Una dintre firme a realizat un scuter, în rezervorul căruia se toarnă aproximativ 10 litri de fluorură de litiu topită. Această încărcare este suficientă pentru 5 ore de funcționare cu o putere a motorului de 3 litri. cu.

Lucrările la Stirling continuă. În 1967, a fost fabricată o mostră dintr-o uzină pilot cu o capacitate de 400 de litri. cu. un cilindru. Este în curs de desfășurare un program cuprinzător, conform căruia este planificat până în 1977 productie in masa motoare cu o gamă de putere de la 20 la 380 de litri. cu. În 1971, Philips a produs un patru cilindri motor industrialîn 200 de litri. cu. cu o greutate totală de 800 kg. Echilibrul său este atât de mare încât o monedă (de mărimea unui ban), așezată pe marginea carcasei, stă nemișcată.

Avantajele noului tip de motor includ o durată mare de viață de aproximativ 10 mii de ore. (există date separate despre 27 de mii) și funcționare lină, deoarece presiunea în cilindri crește fără probleme (sinusoid), și nu explozii, ca un motor diesel.

Dezvoltarea prospectivă a noilor modele este, de asemenea, efectuată aici. Oamenii de știință și inginerii lucrează la cinematica diferitelor opțiuni, pe computere electronice calculează diferite tipuri de „inimă”, un stirling-regenerator. Se caută noi soluții de inginerie care să stea la baza motoarelor economice și puternice, care să poată înlocui motoarele obișnuite diesel și pe benzină, corectând astfel o greșeală nedreaptă a istoriei.

A. ALEXEEV

Ai observat o greșeală? Evidențiați-l și apăsați Ctrl + Enter sa ne anunte.

Ecologia consumului Stiinta si tehnologie: Motorul Stirling este cel mai des folosit in situatiile in care este necesar un dispozitiv de conversie a energiei termice, care este simplu si eficient.

Cu mai puțin de o sută de ani în urmă, motoarele cu ardere internă încercau să-și câștige locul de drept în competiția dintre alte mașini și mecanisme de mișcare disponibile. În același timp, în acele vremuri, superioritatea motorului pe benzină nu era atât de evidentă. Mașini existente pe motoare cu aburi caracterizat prin zgomot, caracteristici excelente de putere pentru acea perioadă, ușurință de întreținere, capacitatea de utilizare de diverse feluri combustibil. În continuarea luptei pentru piață, motoarele cu ardere internă au predominat datorită eficienței, fiabilității și simplității lor.

Cursa ulterioară pentru îmbunătățirea unităților și mecanismelor de propulsie, în care turbinele cu gaz și tipurile de motoare rotative au intrat la mijlocul secolului al XX-lea, a condus la faptul că, în ciuda supremației motorului pe benzină, s-a încercat introducerea completă. noul fel motoare - termice, inventate pentru prima dată în 1861 de un preot scoțian pe nume Robert Stirling. Motorul a fost numit după creatorul său.

MOTOR STIRLING: LATURA FIZICĂ A PROBLEMEI

Pentru a înțelege cum funcționează o centrală electrică de masă Stirling, ar trebui să înțelegeți Informații generale pe principiile de funcționare a motoarelor termice. Din punct de vedere fizic, principiul de funcționare este utilizarea energiei mecanice, care se obține atunci când un gaz se dilată când este încălzit și apoi se comprimă când se răcește. Pentru a demonstra principiul de funcționare, puteți da un exemplu bazat pe o sticlă obișnuită de plastic și două oale, dintre care unul conține apă rece, celălalt fierbinte.

Când scufundați o sticlă în apă rece, a cărei temperatură este apropiată de temperatura de formare a gheții, cu o răcire suficientă a aerului din interiorul recipientului de plastic, aceasta trebuie închisă cu un dop. Mai mult, atunci când sticla este pusă în apă clocotită, după un timp pluta „ișoară” cu forță, deoarece în acest caz aerul încălzit a făcut o muncă de multe ori mai mare decât cea făcută în timpul răcirii. Cu repetarea repetată a experimentului, rezultatul nu se schimbă.

Primele mașini, care au fost construite folosind motorul Stirling, au reprodus fidel procesul demonstrat în experiment. Desigur, mecanismul a necesitat o îmbunătățire a utilizării unei părți din căldura pe care gazul a pierdut-o în timpul procesului de răcire pentru încălzire ulterioară, permițând căldurii să fie returnată gazului pentru a accelera încălzirea.

Dar nici aplicarea acestei inovații nu a putut salva starea de lucruri, deoarece primele Stirling se distingeau prin dimensiunile mari și puterea redusă. În viitor, de mai multe ori s-au încercat modernizarea designului pentru a atinge o putere de 250 CP. a dus la faptul că, cu un cilindru cu diametrul de 4,2 metri, puterea reală de ieșire a centralei Stirling de 183 kW era de fapt de doar 73 kW.

Toate motoarele Stirling funcționează pe principiul ciclului Stirling, care include patru faze principale și două faze intermediare. Principalele sunt încălzirea, expansiunea, răcirea și contracția. Trecerea la generatorul de rece și trecerea la elementul de încălzire sunt considerate ca etapă de tranziție. Munca utilă efectuată de motor se bazează exclusiv pe diferența de temperatură dintre părțile de încălzire și de răcire.

CONFIGURAȚII STIRLING MODERNE

Ingineria modernă distinge între trei tipuri principale de astfel de motoare:

• alfa-styling, a cărui diferență este în două pistoane active situate în cilindri separați. Dintre toate cele trei variante acest model are cea mai mare putere, avand cea mai mare temperatura a pistonului de incalzire;
• beta-styling, bazat pe un cilindru, din care o parte este fierbinte, iar cealaltă este rece;
• gama-styling, care, pe lângă piston, are și un deplasator.

Producția centralei Stirling va depinde de alegerea modelului de motor, care va ține cont de toate aspectele pozitive și laturi negative proiect similar.

AVANTAJE ȘI DEZAVANTAJE

Datorită caracteristicilor lor de design, aceste motoare au o serie de avantaje, dar nu sunt lipsite de dezavantaje.

Centrala electrică desktop Stirling, care nu poate fi cumpărată într-un magazin, ci doar de la amatori care colectează în mod independent astfel de dispozitive, includ:

• dimensiuni mari, care sunt cauzate de nevoia de răcire constantă a pistonului de lucru;
• utilizarea presiunii înalte, care este necesară pentru a îmbunătăți performanța și puterea motorului;
• pierderea de căldură, care are loc datorită faptului că căldura degajată este transferată nu către fluidul de lucru în sine, ci printr-un sistem de schimbătoare de căldură, a căror încălzire duce la o pierdere de eficiență;
• o reducere drastică a puterii necesită aplicarea unor principii speciale care diferă de motoarele tradiționale pe benzină.

Alături de dezavantaje, centralele care funcționează pe unități Stirling au avantaje incontestabile:

• orice tip de combustibil, deoarece, ca orice motoare care utilizează energie termică, acest motor este capabil să funcționeze la o diferență de temperatură în orice mediu;
• rentabilitatea. Aceste dispozitive pot fi un excelent substitut pentru unitățile de abur în cazurile de necesitate a procesării energiei solare, oferind o eficiență cu 30% mai mare;
• Siguranța mediului. Deoarece centrala electrică de masă kW nu creează un moment de evacuare, nu generează zgomot și nu emite substanțe nocive în atmosferă. Căldura obișnuită acționează ca o sursă de energie, iar combustibilul se arde aproape complet;
• simplitate constructivă. Pentru funcționarea sa, Stirling nu necesită piese sau accesorii suplimentare. Este capabil să pornească independent, fără a utiliza un starter;
• durata de viata crescuta. Datorită simplității sale, motorul poate oferi mai mult de o sută de ore de funcționare continuă.

APLICAȚII MOTOR STIRLING

Motorul Stirling este cel mai des folosit în situațiile în care este necesar un dispozitiv de conversie a energiei termice, ceea ce este simplu, în timp ce eficiența altor tipuri de unități termice este semnificativ mai scăzută în condiții similare. Foarte des, astfel de unități sunt folosite pentru alimentarea echipamentelor de pompare, a camerelor frigorifice, a submarinelor, a bateriilor care stochează energie.

Una dintre domeniile promițătoare de utilizare a motoarelor Stirling sunt centralele solare, deoarece această unitate poate fi folosită cu succes pentru a converti energia razelor solare în energie electrică. Pentru a realiza acest proces, motorul este plasat în focarul unei oglinzi care acumulează razele solare, ceea ce asigură iluminarea permanentă a zonei care necesită încălzire. Acest lucru permite ca energia solară să fie concentrată pe o zonă mică. În acest caz, combustibilul pentru motor este heliu sau hidrogen. publicat de

Ciclul Stirling este considerat un accesoriu indispensabil al motorului Stirling. În același timp, studiu detaliat principiile de funcționare a multor modele create până în prezent, arată că o parte semnificativă dintre acestea au un ciclu de funcționare care este diferit de ciclul Stirling. De exemplu, stilul alfa cu diferite diametre ale pistonului are un ciclu care este mai asemănător cu cel al Ericsson. Configurațiile beta și gamma, care au un diametru al tijei suficient de mare la pistonul de deplasare, ocupă, de asemenea, o anumită poziție intermediară între ciclurile Stirling și Ericsson.

Când deplasatorul se mișcă în configurația beta, schimbarea stării fluidului de lucru nu are loc de-a lungul izocorului, ci de-a lungul unei linii înclinate intermediare între izocor și izobar. Cu un anumit raport dintre diametrul tijei și diametrul total al deplasatorului, se poate obține o izobară (acest raport depinde de temperaturile de funcționare). În acest caz, pistonul, care anterior era un piston de lucru, joacă doar un rol auxiliar, iar tija deplasării devine un adevărat piston de lucru. Puterea specifică a unui astfel de motor se dovedește a fi de aproximativ 2 ori mai mare decât în ​​stilul obișnuit, pierderi de frecare mai mici, deoarece presiunea pe piston este mai uniformă. O imagine similară în stilul alfa cu diferite diametre ale pistonului. Un motor cu diagramă intermediară poate avea o sarcină distribuită uniform între pistoane, adică între pistonul de lucru și tija deplasării.

Un avantaj important funcţionarea motorului conform ciclului Ericsson sau aproape de acesta este că izocorul este înlocuit cu o izobară sau un proces apropiat de acesta. Când fluidul de lucru se extinde de-a lungul izobarului, nu există modificări de presiune, nici schimb de căldură, cu excepția transferului de căldură de la recuperator la fluidul de lucru. Și această încălzire face imediat o muncă utilă.Cu compresia izobară, căldura este transferată la recuperator.
În ciclul Stirling, când fluidul de lucru este încălzit sau răcit de-a lungul izocorului, apar pierderi de căldură asociate proceselor izoterme în încălzitor și răcitor.

Configurare

Inginerii clasifică motoarele Stirling în trei tipuri diferite:

• Alpha Stirling- contine doua pistoane de putere separate in cilindri separati. Un piston este fierbinte, celălalt este rece. Cilindrul cu piston fierbinte se află în schimbătorul de căldură cu o temperatură mai mare, în timp ce cilindrul cu piston rece se află în schimbătorul de căldură mai rece. Acest tip de motor are un raport putere-volum destul de mare, dar, din păcate, temperatura ridicată a pistonului „fierbinte” creează anumite probleme tehnice.

Regeneratorul este situat între partea fierbinte a tubului de legătură și cea rece.

• Beta Stirling- există un singur cilindru, cald de la un capăt și rece de la celălalt. Un piston (de la care se scoate puterea) și un „deplasator” se deplasează în interiorul cilindrului, modificând volumul cavității fierbinți. Gazul este pompat din partea rece în partea fierbinte a cilindrului prin regenerator. Regeneratorul poate fi extern, ca parte a unui schimbător de căldură, sau poate fi combinat cu un piston de deplasare.

• Gamma Stirling- există și un piston și un „deplasator”, dar în același timp sunt doi cilindri - unul rece (acolo se mișcă pistonul, din care se ia puterea), iar al doilea este fierbinte de la un capăt și rece de la celălalt (acolo se deplasează un „deplasator”). Regeneratorul poate fi extern, în acest caz conectează partea fierbinte a celui de-al doilea cilindru cu cea rece și simultan cu primul cilindru (rece). Regeneratorul intern face parte din displacer.

Există, de asemenea, varietăți de motor Stirling care nu se încadrează în cele trei tipuri clasice de mai sus:

• Motor rotativ Stirling- au fost rezolvate problemele de etanșeitate (brevetul lui Mukhin pentru o intrare sigilată de rotație (GVV), o medalie de argint pentru expoziție internațională la Bruxelles "Eureka-96") și volumul (nu există mecanism de manivelă, deoarece motorul este rotativ).

dezavantaje

• Consum de material- principalul dezavantaj al motorului. La motoarele cu ardere externă în general, și la motorul Stirling în special, fluidul de lucru trebuie răcit, iar acest lucru duce la o creștere semnificativă a masei și dimensiunilor centralei datorită radiatoarelor mărite.

• Pentru performanțe comparabile cu Caracteristicile ICE, trebuie să aplici presiuni mari (peste 100 atm) si tipuri speciale de fluid de lucru- hidrogen, heliu.

• Căldura nu este furnizată direct fluidului de lucru, dar numai prin pereții schimbătoarelor de căldură. Pereții au o conductivitate termică limitată, ceea ce face ca eficiența să fie mai mică decât se aștepta. Un schimbător de căldură funcționează în condiții de transfer de căldură foarte stresante și în condiții foarte stresante presiuni mari, care necesită utilizarea de înaltă calitate și materiale scumpe... Proiectarea unui schimbător de căldură care îndeplinește cerințe contradictorii este dificilă. Cu cât aria de schimb de căldură este mai mare, cu atât pierderile de căldură sunt mai mici. În același timp, crește dimensiunea schimbătorului de căldură și volumul fluidului de lucru, care nu participă la lucru. Deoarece sursa de căldură este situată în exterior, motorul răspunde lent la modificările fluxului de căldură către cilindru și este posibil să nu furnizeze imediat puterea necesară la pornire.

• Sunt folosite metode pentru a schimba rapid puterea motorului față de cele utilizate la motoarele cu ardere internă: rezervor tampon de volum variabil, modificarea presiunii medii a fluidului de lucru în camere, modificarea unghiului de fază între pistonul de lucru și deplasator. În acest din urmă caz, reacția motorului la acțiunea de control a șoferului este aproape instantanee.

Avantaje

Cu toate acestea, motorul Stirling are avantaje care fac necesară dezvoltarea acestuia.

• Motor „omnivor”.- ca toate motoarele cu ardere externă (sau mai degrabă, alimentarea externă cu căldură), un motor Stirling poate funcționa din aproape orice diferență de temperatură: de exemplu, între diferite straturi de apă din ocean, de la soare, de la un încălzitor nuclear sau izotop, cărbune sau soba pe lemne etc...
• Simplitatea designului- designul motorului este foarte simplu, nu necesită sisteme suplimentare precum mecanismul de distribuție a gazelor. Pornește de la sine și nu are nevoie de starter. Caracteristicile sale fac posibilă eliminarea cutiei de viteze. Cu toate acestea, după cum s-a menționat mai sus, are un consum mai mare de material.
• Resursă sporită- simplitatea designului, absența multor unități „delicate” permit stirling-ului să ofere o resursă fără precedent pentru alte motoare în zeci și sute de mii de ore de funcționare continuă.
• Rentabilitatea- în cazul conversiei energiei solare în energie electrică, stirling-urile oferă uneori o eficiență mai mare (până la 31,25%) decât motoarele cu abur.
• Motor silențios- stilul nu are evacuare, ceea ce înseamnă că nu face zgomot. Beta-styling-ul cu mecanism rombic este un dispozitiv perfect echilibrat și, cu o calitate suficient de mare a manoperei, nici măcar nu are vibrații (amplitudinea vibrațiilor este mai mică de 0,0038 mm).
• Prietenia mediului- Stirling în sine nu are componente sau procese care pot contribui la poluarea mediului. Nu consumă fluidul de lucru. Protecția mediului a motorului se datorează în primul rând respectării mediului înconjurător a sursei de căldură. De asemenea, este de remarcat faptul că este mai ușor să se asigure completitatea arderii combustibilului într-un motor cu ardere externă decât într-un motor cu ardere internă.

Aplicație

Motor Stirling cu alternator liniar

Motorul Stirling este aplicabil in cazurile in care este nevoie de un convertor compact de energie termica, simplu ca design, sau cand randamentul altor motoare termice este mai mic: de exemplu, daca diferenta de temperatura nu este suficienta pentru a actiona o turbina cu abur sau cu gaz.

Termoacustica este o ramură a fizicii despre transformarea reciprocă a energiei termice și acustice. S-a format la joncțiunea dintre termodinamică și acustică. De aici și numele. Această știință este foarte tânără. A apărut ca o disciplină independentă la sfârșitul anilor 70 ai secolului trecut, când elvețianul Nikalaus Rott a terminat lucrările asupra bazelor matematice ale termoacusticii liniare. Și totuși nu a apărut de nicăieri. Apariția sa a fost precedată de descoperirea unor efecte interesante pe care pur și simplu trebuie să le luăm în considerare.

DE UNDE A ÎNCEPUT
Termoacustica are o istorie lungă care datează de mai bine de două secole.

Primele înregistrări oficiale ale vibrațiilor generate de căldură au fost făcute de Higgins în 1777. El a experimentat cu un tub de sticlă deschis în care vibrațiile acustice erau excitate de un arzător cu hidrogen plasat într-un mod specific. Această experiență a rămas în istorie sub numele de Flacăra cântătoare a lui Higgins.

Figura 1. Flacără cântătoare Higgins

Cu toate acestea, fizicienii moderni sunt mai cunoscuți pentru un alt experiment, numit „tub Rijke”. În cursul experimentelor sale, Rijke a creat un nou instrument muzical din tubul de organ. El a înlocuit flacăra de hidrogen a lui Higgins cu un ecran de sârmă încălzită și a arătat experimental că cel mai puternic sunet este produs atunci când ecranul este situat la o distanță de un sfert din tub de capătul său inferior. Oscilațiile au fost oprite când capătul superior al tubului a fost acoperit. Acest lucru a demonstrat că forța convectivă longitudinală a fost necesară pentru a genera sunet. Lucrările lui Higgins și Rijke au servit ulterior drept bază pentru nașterea științei arderii, care astăzi este folosită oriunde este folosit acest fenomen.

Figura 2. Tub Rijke.

arderea bancnotelor de pulbere la motoare rachete... Mii de disertații din întreaga lume sunt dedicate fenomenelor care au loc în tubul Rijke, dar interesul pentru acest dispozitiv nu a scăzut până în prezent.

În 1850, Sondhauss a abordat un fenomen ciudat pe care suflătorii de sticlă îl observă în munca lor. Când umflarea sferică de sticlă fierbinte forțează aerul în capătul rece al tubului suflantei, este generat un sunet pur. Analizând fenomenul, Sondhauss a descoperit că sunetul este generat atunci când o umflătură în formă de bilă de la capătul unui tub este încălzită. În acest caz, sunetul se modifică odată cu modificarea lungimii tubului. Spre deosebire de tubul Rijke, tubul Sondhauss nu depindea de forța convectivă.

Figura 3. Tub Sondhauss.

Un experiment similar a fost efectuat ulterior de Takonis. Spre deosebire de Sondhauss, el nu a încălzit capătul tubului, ci l-a răcit cu un lichid criogenic. Acest lucru a dovedit că nu încălzirea este importantă pentru generarea sunetului, ci diferența de temperatură.
Prima analiză calitativă a fluctuațiilor cauzate de căldură a fost dată în 1887 de Lord Rayleigh. Explicația fenomenelor de mai sus formulată de Rayleigh este acum cunoscută de termoacustică drept principiul Rayleigh. Sună cam așa: „Dacă căldura este transferată gazului în momentul celei mai mari compresii sau căldura este îndepărtată în momentul celui mai mare vid, atunci aceasta stimulează oscilațiile. » În ciuda simplității sale, această formulare descrie pe deplin efectul termoacustic direct, adică conversia energiei termice în energie sonoră.

Efectul de vortex

Efectul de vortex(efectul Rank-Hilsch, ing. Efectul Ranque-Hilsch) - efectul separării unui gaz sau lichid atunci când se rotește într-o cameră cilindrică sau conică în două fracții. La periferie, se formează un flux turbitor cu o temperatură mai mare, iar în centru - un flux răcit învolburat, iar rotația în centru are loc în sens opus decât la periferie. Efectul a fost descoperit pentru prima dată de inginerul francez Joseph Rank la sfârșitul anilor 1920, când măsura temperatura într-un ciclon industrial. La sfârșitul anului 1931 J. Rank a solicitat un dispozitiv inventat, pe care l-a numit „Tub Vortex” (în literatură se găsește ca tub Ranke). A fost posibil să se obțină un brevet abia în 1934 în America (brevet SUA nr. 1952281). În prezent, au fost implementate o serie de dispozitive care utilizează efectul vortex, dispozitive vortex. Acestea sunt „camere vortex” pentru separarea chimică a substanțelor sub acțiunea forțelor centrifuge și „tuburi vortex” folosite ca sursă de frig.

Mișcarea vortexului a făcut obiectul multor studii științifice începând cu anii 1960. Conferințe specializate despre efectul vortex sunt organizate în mod regulat, de exemplu, la Universitatea Aerospațială Samara.

Există și sunt utilizate generatoare de căldură și microcondiționare Vortex.

În această lume există lucruri care sunt ingenioase, de neînțeles și complet ireale. Atât de ireale încât par a fi artefacte dintr-un univers paralel. Alături de motorul Stirling, tubul radio cu vid și pătratul negru al lui Malevich, aceste artefacte includ așa-numitele. „Turbină Tesla”.
In general vorbind trăsătură distinctivă toate astfel de lucruri - simplitate absolută. Nu simplitate excesivă, ci simplitate. Adică, ca și în creațiile lui Michelangelo - lipsește tot ce este de prisos, niște „recuzite” tehnice sau semantice, conștiință pură întruchipată „în fier” sau stropit pe pânză. Și cu toate acestea, necirculația absolută. Piața Neagră este un fel de „ort” al artei. Nu poate exista nicio secundă scrisă de un alt artist.

Toate acestea se aplică pe deplin turbinei Tesla. Structural este alcătuit din mai multe (10-15) discuri subțiri montate pe axa turbinei la mică distanță unele de altele și plasate într-o carcasă asemănătoare unui fluier de poliție.

Nu este nevoie să explic că rotorul cu disc este mult mai avansat din punct de vedere tehnologic și mai fiabil decât chiar și „roata Laval”, eu tac deja despre rotoarele turbinelor convenționale. Acesta este primul avantaj al sistemului. Al doilea este că, spre deosebire de alte tipuri de turbine, în care trebuie luate măsuri speciale pentru laminarea fluxului de fluid de lucru. Într-o turbină Tesla, fluidul de lucru (care poate fi aer, abur sau chiar lichid) curge strict laminar. Prin urmare, pierderile datorate frecării gaz-dinamice în ea sunt reduse la zero: randamentul turbinei este de 95%.

Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că eficiența unei turbine și eficiența unui ciclu termodinamic sunt lucruri oarecum diferite. Eficiența unei turbine poate fi caracterizată ca raportul dintre energia convertită în energie mecanică pe arborele rotorului turbinei și energia ciclului de lucru (adică diferența dintre energiile inițiale și finale ale fluidului de lucru). Deci, eficiența turbinelor cu abur moderne este, de asemenea, foarte mare - 95-98%, cu toate acestea, eficiența ciclului termodinamic, din cauza unui număr de limitări, nu depășește 40-50%.

Principiul de funcționare al turbinei se bazează pe faptul că fluidul de lucru (să spunem - gaz), răsucirea în carcasă, din cauza frecării, „trage” rotorul împreună cu el. În același timp, dând o parte din energie rotorului, gazul încetinește și, datorită forței Coriolis care decurge din interacțiunea cu rotorul, ca frunzele de ceai în ceai, se „rulează” spre axa rotorului, unde există găuri speciale prin care se îndepărtează fluidul de lucru „uzat”.
Turbina Tesla, ca și turbina Laval, transformă energia cinetică a fluidului de lucru. Adică transformarea energiei potențiale (de exemplu aer comprimat sau abur supraîncălzit) în cel cinetic trebuie să fie produs înainte de alimentarea rotorului turbinei cu ajutorul unei duze. Cu toate acestea, turbina Laval, având o eficiență destul de mare în ansamblu, s-a dovedit a fi extrem de ineficientă la turații mici, ceea ce a făcut necesară proiectarea cutiilor de viteze, ale căror dimensiuni și masă au fost de multe ori mai mari decât dimensiunile și masa turbinei în sine. Diferența fundamentală dintre turbina Tesla este faptul că funcționează destul de eficient într-o gamă largă de viteze de rotație, ceea ce face posibilă conectarea directă a arborelui său la generator. În plus, turbina Tesla este ușor reversibilă.

Interesant este că Nikola Tesla însuși și-a poziționat invenția ca o modalitate de utilizare extrem de eficientă a energiei geotermale, pe care o considera energia viitorului. În plus, o turbină fără modificări se poate transforma într-o pompă de vid extrem de eficientă - doar învârtiți arborele din altă turbină sau motor electric.

Eficacitatea tehnologică a turbinei Tesla face posibilă fabricarea variantelor sale din orice: un disc rotor poate fi făcut din CD-uri vechi sau „clătite” de pe un „hard disk” defect al computerului. În același timp, puterea unui astfel de motor, în ciuda materialelor și dimensiunilor „jucăriei”, se dovedește a fi foarte impresionantă. Apropo de dimensiuni: motor de 110 CP. nu era mai mult decât unitatea de sistem a actualului computer personal.

Clasare dispozitive cu efect

Efectul Rank a atras inventatorii încă de la început prin simplitatea sa aparentă implementare tehnică- de fapt, cea mai simplă implementare tub vortex este o bucată de țeavă, cea mai comună, în care fluxul inițial este alimentat tangențial spre interior dintr-o parte, iar o diafragmă inelară este instalată la capătul opus, iar partea răcită a fluxului iese din orificiul său interior, iar din spatiul dintre marginea exterioară diafragma și suprafața interioară a țevii - partea sa fierbinte. Cu toate acestea, în realitate, nu totul este atât de simplu - este departe de a fi întotdeauna posibil să se realizeze o separare eficientă, iar eficiența unor astfel de instalații este de obicei vizibil inferioară pompelor de căldură cu compresor răspândite. În plus, parametrii unei unități de efect Ranque sunt de obicei calculați pentru o anumită putere, determinată de viteza și debitul materialului debitului inițial, iar atunci când parametrii debitului de intrare se abat de la valorile optime, eficiența tubul vortex se deteriorează semnificativ. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că capacitățile unor instalații bazate pe efectul Rank inspiră respect - de exemplu, răcirea record atinsă la o etapă este mai mare de 200 ° C!

Totuși, ținând cont de clima noastră, folosirea efectului Ranque pentru încălzire prezintă un interes mult mai mare și, în același timp, aș vrea să nu depășesc „mijloacele improvizate”.

Esența efectului Rank

Atunci când fluxul de gaz sau lichid se mișcă de-a lungul suprafeței de rotire lină a țevii, în apropierea peretelui exterior se formează o zonă de presiune și temperatură crescută și se formează o zonă de temperatură și presiune scăzută în apropierea interiorului (sau în centrul cavității, dacă gazul este învârtit pe suprafața unui vas cilindric). Acest fenomen binecunoscut se numește efectul Rank pe numele inginerului francez Joseph Rank, care a descoperit-o în 1931 (G.J. Ranque, uneori se scrie „Ranke”), sau efectul Rank-Hilsch(Germanul Robert Hilsh și-a continuat studiul asupra acestui efect în a doua jumătate a anilor 1940 și a îmbunătățit eficiența tubului vortex Rank). Structurile care utilizează efectul Ranque sunt un tip de pompă de căldură, a cărei energie pentru funcționarea este preluată de la suflantă, care creează un flux de fluid de lucru la intrarea în conductă.

Paradoxul efectului Rank este că forțe centrifugeîntr-un flux rotativ sunt îndreptate spre exterior. După cum știți, straturile mai calde de gaz sau lichid au o densitate mai mică și ar trebui să se ridice în sus, iar în cazul forțelor centrifuge - tind spre centru, cele mai reci au o densitate mai mare și, în consecință, ar trebui să tindă spre periferie. Între timp, la de mare viteză un flux rotativ, totul se întâmplă exact invers!

Efectul Ranque se manifestă atât pentru un flux de gaz, cât și pentru un flux de lichid, care, după cum se știe, este practic incompresibil și, prin urmare, factorul de compresie/expansiune adiabatică este inaplicabil acestuia. Cu toate acestea, în cazul unui lichid, efectul Ranque este de obicei mult mai puțin pronunțat - poate chiar din acest motiv, iar calea liberă medie foarte mică a particulelor face dificilă manifestarea. Dar acest lucru este adevărat dacă rămânem în cadrul teoriei cinetice moleculare tradiționale, iar efectul poate avea motive complet diferite.

După părerea mea, pe acest moment cea mai completă și de încredere descriere științifică a efectului Rank este prezentată în articolul lui A.F. Gutsol (în format pdf). În mod surprinzător, în esență, concluziile sale despre esența fenomenului coincid cu cele obținute de noi „pe degete”. Din păcate, el ignoră primul factor (comprimarea adiabatică a gazului la raza exterioară și dilatarea la raza interioară), care, după părerea mea, este foarte semnificativ atunci când se folosesc gaze compresibile, deși acţionează doar în interiorul aparatului. Iar al doilea factor este numit de AF Gutsol „separarea microvolumelor rapide și lente”.