正在做的课题：斯特林发动机，把进度分享给大家，本人工程热力学懵，好多问题要向大

DUT

课题基本目标：做一台斯特林原理【1】的发动机实验样机，在结构和参数上做变动和实验，研究一下这些变动对发动机的积极影响（性能，控制，效率之类的）。

我的考虑：自己时间读书比较短（就2年），之前工程热力学只学过点皮毛，所处大环境又没有现成的实验条件和理论研究底子【2】，这是劣势。但优势是我身边有机床，有各种DIY能工巧匠的朋友，所以从理论推导做突破不是我的强项，做实验性研究，做台实物，通过实验数据得出一些结论，这条路可以走下去。

经过了大约一年的“小”理论准备，我基本知道了斯特林原理和发动机设计时的一些要点，所以画了一台样机，并正在计算可行性（起码能转起来呗），当然画的过程充分考虑了制造的可行性（也就是我和我的朋友们的DIY能力）。

现把计算过程实时贴给大家，其实原理超级简单，公式就那么几个。高中数学都能搞定。

图纸也贴上来，当然目前只是总体图，每个零件的详细图纸会在我的可行性论证完成后画出来，包括公差。

本人学机械的，准确的说是机械中的机加工，对发动机很菜，感兴趣的朋友看着我这些进度就能看明白，要是有在民间的高手，望不吝赐教啊！！
附图1：斯特林发动机模型（网上down的）

附图2：斯特林原理（alpha型）

Ref
【1】斯特林原理，先不说那么高深理论的，简单一句话，气体冷缩热胀做功，往复循环。
【2】我是这边第一个也是唯一一个或许是空前绝后的一个研究发动机的，不过我相信这句话：我们是伞兵，本来就应该被包围（We are the paratroopers，ought to be surrounded！）

/*********************************************************以上是前言 12-03-07***********************************************************/

DUT

1.斯特林发动机的解释：是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性压缩和膨胀的闭式循环往复式发动机。
我按照自己的理解解释一下这句话（其实这句话是我攒出来的~）
一种由外部供热
——也可以理解为外燃，就是燃料不在发动机气缸里燃烧，好处是能烧的东西都可以利用。
使气体在不同温度下
  ——根据工程热力学（以下简称“工热”里面一个理论，发动机要想利用热能做功，必须两个温度不同 的热源。怎么理解呢，有点像如果把灯泡两极都接在火线上的话，不会亮的。
作周期性压缩和膨胀
—— 一台发动机达到稳定状态后，按照一个规律转嘛，有规律就出现“周期”这么个专业的名称。
闭式循环
——我们知道汽车有排气管，当然也有进气管，但斯特林没有，因为他的气体是内部不停的循环的，
为什么要这样呢？因为排气管是热的，热就是汽油啊。不要排气管就可以少烧一些汽油，不排气也就 不 用进气，就少损失热，这也是理论效率高的一个原因。注意是理论效率高。
往复式发动机。
——这句话忘了从哪找的，难道是活塞往复运动？那这个定义就太局限了，做成转子的，如果可能的 话，也算是斯特林发动机。也可能是说气体在内部往复运动，这个还说得过去吧。



2.斯特林循环理论：
    首先要注意，这里说的是“斯特林循环”，“斯特林发动机”是按照斯特林循环运转的发动机。那么什么是“循环“呢？我的理解（为什么总是出现这句话？因为一直都是我自己在看书，没有科班的正规教育，呵呵）是对于用气体做工质（工作介质）的发动机来说，（当然也有用液体的啦，不过少见，液压马达算不算？），气体大多是这样： 冷却——压缩——加热——膨胀——冷却——压缩……，只不过过程有些差别而已，虽然有的是带进排气，但把整个大气也看做工质的一部分，就可以认为是气体在循环。恩，所以出现了汽油机——奥托循环，柴油机——狄赛尔循环，燃气轮机——布雷顿循环。这些都是人名，它们的pV图不同。
    什么是pV图？p是压力（准确的说叫压强），V是体积，注意大写，小写v是一个很难理解的东西（至少我是），”比“XXX，这里好像用不上。
    我们知道，如果给在玻璃瓶（注意，瓶塞要很松，但不漏气）里的气体加热，气体的体积不变，还是玻璃瓶容积（注意”容积“这个用词，体积是气体的，容积是瓶子的），但压力会增大。这就是为什么没人会把瓶口封死然后在火上烧瓶子的原因，会炸啊。这样就可以得出一个小规律，同样质量的气体，如果限制它的体积，那么它的压力随温度的升高而增加。此即”等容加热“过程，特点是气体体积不变。
    反过来，如果在一个针筒里放进气体，然后给针筒加热，那么针筒的活塞就要向外运动，如果匀速的话，气体给活塞的推力就恒等于摩擦力（牛顿第XXX定律，我真不想加上这个摩擦力）加上大气压给活塞的推力。压强怎么定义的？压力除以面积，p=F/A，力相同，面积相同，那么p就相同。也就是说，加热过程中，由于活塞运动了，气体的质量没变但体积增大了，压强还跟外部大气压保持恒定的差别。此即”等压加热“过程，特点就是气体的压力（压强）不变。
    气体能产生这两个过程的原因在于一个公式，叫理想气体状态方程：
                                             pV=mRgT           注：它有很多种表达形式，按需索取。
    式中  p V上面说了，m是质量，单位是g。  Rg是一个常数，不同的气体大小不同，但跟p V T木关系。T是绝对温度，单位是K，开尔文，我们常用的温度是摄氏温度，就是这个℃，他们之间的换算关系是，1℃相当于1K+297K。
    其实能看出来，这个公式里面有三个数可以变，p V T。   质量m和Rg一般不讨论它们的变化。
    当p不变时，V和T成正比，也就是压强不变时，体积和温度成正比，即等压膨胀/压缩；
    当V不变时，p和T成正比，也就是体积不变时，压强和温度成正比，即等容加热/冷却；
    如果把温度T定住的话。。。。。以此类推~ 我先稀饭去

DUT

1.梭子蟹：这样的话是否核动力的发动机就可以做到0排放啦

答—

不会，理由是发动机里面的气体虽然是理论上封闭，但是会存在漏气的现象，就需要补充气体（压力），实际还是存在“进气”和“排气”的。

再有工作气体肯能是氦气，氢气，或者是空气。空气在反复加热，与发动机磨损产生的物质发生反应，会产生氮氧化物，比如一氧化氮，实际上也是有环境污染问题的。

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2.我：现遇到两个问题，也是在当初设计时没有解决的。
   一、润滑问题，由于做的是简化样机，没有密封曲轴箱，这样活塞的润滑系没有做，在铝活塞的基础上，有没有一种可靠的无润滑油润滑方法，比如更换气缸材质？如果用钢或者铜做气缸的话，滴注润滑会维持多久（1500转每分钟）
   二、密封问题，由于推力小，用金属活塞环的话摩擦很大，甚至推不动活塞。那么可不可能在解决上述问题的同时，实现无活塞环的密封，有点类似柱塞泵那样。当然也是基于现有的活塞。或者用其他材料做活塞环。
    本人在内燃机设计方面一片茫然，渴求帮助~~呵呵！

DUT

由于有限的工程热力学只是，加上斯特林循环实际上是个复杂的热工过程，我采用比较经典，使用较多但误差也较大的“实用等温计算法”，其实每种方法都有一些假设，也就是忽略一些条件，忽略的条件越少，结果越准确，但计算难度也越大，很可能有些条件不忽略的话，无法计算下去。
实用等温计算法忽略了哪些条件呢？
1.等温，就是加热的区域和冷却的区域以及回热的区域，气体温度保持不变；
2.忽略各种损失，
3.加热腔容积和冷却腔容积按正弦规律变化（这个是根据曲柄连杆机构（见下图）的运动规律假设的，实际上不是正弦，有急回）


4.没有漏气。。。。写的进度有点慢，我贴点东西吧~然后开始下一楼。以后再补


进度太慢了。。。。。word里公式贴不上。。。码字比干活还慢，哎

DUT

设计膨胀腔排量：12.9cc
缸径32mm，行程16mm
严重声明，图上的各种公差，都是我写着玩的，肯定干不出来，也肯定有不合理的地方，作用就是在加工时给自己提个醒~

这个是活塞头（我自己起的名），作用有很多，一个是加长活塞，减少穿梭热损失，一个是增大换热面积，还有降低活塞环的温度等等。
这个零件加工完了，跟买来的活塞装配上了（为什么要买活塞？因为活塞标准不是一般人做得了的，除非自己设计），如图：


连杆也基本完工了，明天修整一下：

加工的时候不重要的尺寸略有更改，主要为了方便走刀~



中间那两个孔大了，原因是铣刀刀尖不好，旁边那些孔都是试验用的。。。

成品件，感谢我们的铣工DIYers~
还有几块板子，一起上图：





把他们装配在一起~




今天我主要干车工~可惜干砸了~，估计同轴度吹了，上个图吧


实物是这个样子的。。。。最后跟铣er商量用铝吧。



整个发动机的底板~V8？




这个零件似乎代表了我车工的最高境界。。。。嘿嘿

车心轴呢，它是个工具。



车了一下午的铁棒子~~





95%组装

俯视~ OOOO 是一种工作态度，不是山寨

DUT

占满前5楼

silverliu

天下有才人真多

DUT 就是一位

我充其量也就是码码字 发发帖

http://www.insky.cn/bbs/read.php?tid-27363.html

而你已经在实干！

你的强悍早已超越了你的机炮技术！

衷心祝福课题拿出最终成果！

DUT

谢谢哈！做学问首先要懂得分享，只有分享才能得到别人的理解帮助和支持

引用第6楼silverliu于2012-03-07 10:00发表的  :
天下有才人真多

DUT 就是一位

我充其量也就是码码字 发发帖
.......

F16CJ

多谢DUT的分享[s:19]，一直都听过AIP潜艇上搞这种发动机，现在才终于明白原来是这么一个原理[s:6]

DUT

不客气，我跟老师讨论过潜艇上的这个问题，其实外燃系统烧油的话，还是会产生废气的。不过区别是柴油机的废气是工作介质，必须有进有出。，而斯特林机的废气是燃烧产生的气体，发动机本身不需要换气。只要解决这个气体就可以了，可以用液态氧气做氧化剂。

引用第8楼F16CJ于2012-03-07 19:50发表的  :
多谢DUT的分享[s:19]  ，一直都听过AIP潜艇上搞这种发动机，现在才终于明白原来是这么一个原理[s:6]