什么是斯特林发动机？斯特林发动机是如何工作的？斯特林发动机是如何被发现的？它用在哪些领域？热能如何转化为运动能？有关斯特林发动机的详细信息，请参阅我们的文章。

什么是斯特林发动机？

斯特林发动机是将封闭室的外部加热产生的能量转换为机械能的机器。也称为热空气发动机。随着加热的空气膨胀和压缩，发动机开始运转。它是由苏格兰牧师罗伯特·斯特林 (Robert Stirling) 于 1816 年发明的。该发动机是由他的兄弟詹姆斯斯特林开发的。在发明者的时代，使用蒸汽动力机器并且它们非常危险。他们着手寻找更可靠的替代方案。他们想要的是将热能直接转化为运动能。

斯特林发动机有什么？

动力活塞（置换器）： 它用于移动封闭室中的气体。它通常用于 beta 型和 alpha 型引擎。
活塞： 它通过在发动机的气缸中移动，有助于将热能转化为机械能。
飞轮： 这是连接活塞的结构。该结构的任务是将产生的机械能传递给运动部件。
冷却器： 它有助于冷却封闭室中的气体。它有助于发动机使用更长时间。
加热器： 它是发动机最重要的部分。用于加热密闭室内的气体，将热能转化为运动能。

此外，在某些发动机类型中，它可以用于除这些以外的不同部件。这完全由开发人员自行决定。

斯特林发动机工作原理

斯特林发动机通过重复加热和冷却一定量的工作气体（通常是空气或氦气、氢气等气体）来运行。

气体表现出由气体定律定义的行为（相对于压力、温度和体积）。当气体被加热时，由于它处于绝缘空间中，其压力升高并影响动力活塞，从而产生动力冲程。当气体冷却时，压力下降，因此活塞利用其返回冲程所做的一些功来重新压缩气体。由此产生的净功在主轴上产生力。工作气体周期性地在热热交换器和冷热交换器之间流动。工作气体密封在活塞气缸内。所以这里没有废气。与其他类型的活塞发动机不同，不需要阀门。

一些斯特林发动机使用分流活塞在冷罐和热罐之间来回移动工作气体。由于多个气缸的动力活塞相互连接，工作气体通过将气缸保持在不同的温度来移动。

在真正的斯特林发动机中，在油箱之间放置了一个再生器。当热侧和冷侧之间发生气体循环时，该热量从再生器转移。在某些设计中，分离器活塞就是再生器本身。该再生器有助于提高斯特林循环的效率。这里提到的作为蓄热室的结构实际上是一个坚固的结构，不会阻止一些空气通过它。例如，钢球可以用于这项工作。当空气在冷室和暖室之间移动时，它会通过这个再生器。在热空气到达冷部分之前，它会在这些球上留下一些热能。当冷空气通过热侧时，它会因之前释放的热能而变暖。换句话说，它通过在进入热部分之前对空气进行预热和在进入冷部分之前进行预冷来提高发动机的效率。

对于相同的入口和出口温度，理想的斯特林发动机循环与卡诺热机具有相同的理论效率。其热力学效率高于蒸汽机。（或一些简单的内燃机和柴油发动机）

任何热源都可以为斯特林发动机提供动力。外燃机，在表达燃烧时经常被误解。热源可以通过燃烧产生，也可以是太阳能、地热能或核能。同样，用于产生温差的冷源可以是低于环境温度的不同材料。可以使用冷水或制冷剂进行冷却。但是，由于要从冷源获得的温差较小，因此需要较大的质量工作，并且泵送过程中会发生功率损失，会降低循环效率。燃烧产物不会接触与发动机的内部零件。斯特林发动机的润滑油寿命比内燃机长。

斯特林发动机类型

斯特林发动机有 3 种主要类型。其他引擎类型是3引擎的改进版本。

阿尔法型斯特林发动机：

它由两个活塞、一个飞轮、一个带有活塞的封闭气室、热交换器、一个热发生器和一个飞轮组成。它的目的是通过用热源加热放置在顶部的活塞区域来激活其中的气体。被加热的气体开始来回推动活塞，另一个连接的活塞开始移动，从而使冷热气体在腔室中置换。所产生的能量在与这两个活塞相连的飞轮的帮助下传递。

Beta型斯特林发动机：

同一轴上有 2 个活塞。这两个活塞相互连接。通过加热底部带有活塞的腔室，封闭腔室中的气体被加热和活化。这样，活塞开始向上运动。另一个连接的活塞也有助于冷气体在腔室中移动。与活塞相连的飞轮传递产生的能量。

伽玛型斯特林发动机：

有两个独立的活塞。带有较大活塞的腔室被加热，其中的气体被激活。这样，与飞轮相连的活塞开始运动。

斯特林发动机的优势

由于热量是从外部施加的，我们可以准确地控制燃料和空气的混合物。
由于使用连续热源来提供热量，因此未燃烧的燃料量非常少。
这种类型的发动机在其功率水平上比发动机类型需要更少的维护和润滑。
与内燃机相比，它们的结构非常简单。
它们甚至可以在低压下工作，它们比蒸汽源机器更安全。
低压允许使用更轻、更耐用的气缸。

斯特林发动机的缺点

在燃油经济性方面成本很高，因为在发动机第一次启动时需要必要的热量。
要将他的力量提升到一个不同的水平是相当困难的。
一些斯特林发动机不能快速启动。他们需要足够的温暖。
通常，氢气在密闭室中使用。然而，当这种气体的分子非常小时，很难将其保留在腔室中。因此，我们面临额外的成本。
冷却器部分必须吸收足够的热量。如果热量损失过多，发动机的效率就会下降。

斯特林发动机应用领域

斯特林发动机用于低功率航空发动机、船用发动机、热泵、热电联产系统。今天，它主要用于太阳能电池板领域的发电。

什么是斯特林发动机？斯特林发动机如何工作？