Petr Bouř, Lukáš Jandík, Matěj Šebek m s Stirlingův motor Petr Bouř, Lukáš Jandík, Matěj Šebek
Obsah Princip Historie Moderní využití Naše měření Zhodnocení a diskuse
Princip Zařízení k převodu tepelné energie na mechanickou Na principu rozdílu teplot Jedna komora se zahřívá a druhá ochlazuje
Princip Typ Alpha Dva kolmé válce s rozdílnou teplotou
Princip Cyklus
Princip Typ Beta Jenom jeden válec
Princip Cyklus
Princip Stirlingův cyklus Podobný Carnotovu cyklu 1-2 – isotermická expanze 2-3 – isochorické ochlazení 3-4 – isotermické komprese 4-1 – isochorické oteplení
Princip Opravdový P-V diagram
Princip Účinnost závisí na konstrukci, rozdílu teplot a výkonu Nejefektivnější ve vesmíru Naše teoretická účinnost: Zdroj tepla – 7,5% Termická účinnost – 25% Vnitřní účinnost – 72% Mechanická účinnost – 47% Celková účinnost - 0,6%
První teplovzdušný motor Leonardo da Vinci – první nákres jednoduchého
Robert Stirling Narodil se 25. října 1790 ve Skotsku Byl to duchovní a vynálezce Otec Patrika a Jamese Stirlingových Zemřel v roce 1878
Nicolas Léonard Sadi Carnot Narozen v roce 1796 v Paříži Byl to Francouzský vojenský inženýr “ Reflections on the Motive Power of Fire“ Carnotův cyklus "Father of thermodynamics"
Stirlingův motor Svoje jméno získal od Dánského inženýra Rolfa Meijera Označuje veškeré typy motorů s uzavřeným regenerativním cyklem plynu
První patent pod názvem “ Heat Economiser“ v roce 1816 (v jeho 26 letech) 1818 první praktické použití motoru – čerpání vody z místního kamenolomu během občanské Monitor, poháněný teplovzdušným války v Americe John Ericsson zkonstruoval bojový člun motorem
Stirlingův motor Ericsson se později věnoval výrobě tepelných motorů využívaných zejména jako čerpadla Důvody úspěchu – bezpečnost, nenáročnost výroby a údržby, nízkou cenu Poprvé využil jako pohon sluneční energii S nástupem spalovacího motoru zaniká o tento typ motoru zájem
Stirlingův motor Elektrocentrála vyrobená firmou Philips v 50. letech 20. století Kompaktní, malý a tichý stroj pro napájení radiostanic S příchodem tranzistorů prudce klesla spotřeba radiostanic a elektrocentrály ztratili svůj smysl
Stirlingův motor V současnosti se hlavně uvažuje o jeho aplikaci při výrobě ekologické energie Náhrada fotovoltaických článků V Čechách firma Tendom
Moderní využití Motor MOD1, MOD2 (NASA, Ford, GM) Ponorky Vesmírný výzkum Chlazení mikroprocesorů Solární energetika
EXPERIMENTY
CO SE DOZVÍME? I. a II. termodynamický zákon vratné cyklické děje izochorické a izotermické změny ideální plyn účinnost přeměna tepla termální čerpadlo
CO LZE MĚŘIT? frekvence otáček změny teploty válců tlak plynu v chladícím válci objem plynu v chladícím válci
CO TÍM ZJISTÍME? práci Stirlingova motoru výkon Stirlingova motoru účinnost Stirlingova motoru vlastnosti Stirlingova motoru
PŘÍPRAVA určení účinnosti hořáku (96% líh) kalibrace senzorů nastavení osciloskopu přepočtení signálu napětí na veličiny
ÚČINNOST HOŘÁKU doba 60 min 10 min 47 min spálený 29 ml 4,6 ml 20,4 ml objem hustota lihu 0,83 g/ml výhřevnost 25 kJ/g m/t 6,69 mg/s 6,17 mg/s 5,99 mg/s tepelný výkon 167 W 178 W 173 W
KALIBRACE TLAKU
OTÁČKY BEZ ZÁTĚŽE start na T 80K ... 900 ot./min ustálení teplot a otáček chladič T 70C
GENERÁTOR dokáže rozsvítit žárovičku =) otáčky se mění dle zátěže
pV DIAGRAM teoreticky
pV DIAGRAM prakticky
ZJIŠTĚNÍ zatížením vzroste rozdíl tlaků (plocha pV) nezatížený má maximální otáčky 1000 ot./min zastaví se při cca 250 ot./min teplota chladiče roste při snížení otáček nejvyšší výkon generátoru při cca 600 ot./min tepelná účinnost cca 25 % skutečná celková účinnost školního modelu mnohem nižší
IZOTERMICKÁ EXPANZE vykonaná práce
IZOCHORICKÉ OCHLAZENÍ
IZOTERMICKÉ STLAČENÍ dodaná práce
IZOCHORICKÉ OHŘÁTÍ
PRINCIP REGENERACE uložení tepelné energie během izochorického ochlazení regenerace během izochorického ohřátí
ÚČINNOST TEP. MOTORU Carnot roste s T
REÁLNÝ STIRLINGŮV DĚJ konstantní fázový posun válců žádné ostré úhly v pV diagramu velká rychlost plynu při 1000 ot./min neodpovídá izotermickému ději princip regenerace neplatí 100% část plynu se nedostane ke chladiči pracující válec zcela netěsní velké ztráty tlaku tření mech. částí a proudícího plynu
pV DIAGRAM vs. IZOTERMY
CELKOVÁ ÚČINNOST ŠKOLNÍHO MODELKU účinnost hořáku cca 7 % tepelná účinnost cca 25 % mechanická účinnost cca 20 % celkem cca 0,6 %
TERMÁLNÍ ČERPADLO děje probíhají v opačném směru...
Děkujeme FJFI ČVUT ing.Vojtěchu Svobodovi bc.Tomáši Markovičovi