Stirling Cycle: Isothermal na Leg na may Regeneration

1 · Humula

Ang Stirling cycle ay gumagamit ng 2 isothermal at 2 isochoric na leg, walang adiabatic na leg. Maaari sanang tumugma ang efficiency nito sa Carnot value kung nagre-recycle ang perpektong "regenerator" ng init sa pagitan ng isochoric na leg. Kapag walang ideal na regenerator, kulang ba sa Carnot bound ang simpleng cycle efficiency na sinusukat mo?

• Oo — kapag walang regenerator, mas mababa sa Carnot limit ang raw na efficiency ng cycle na ito para sa parehong dalawang temperatura ng reservoir.
• Eksaktong katumbas ng Carnot limit ang efficiency anuman ang regeneration.
• Lumalampas ang efficiency sa Carnot limit.

2 · Mag-set Up

1. Buksan ang stirling-cycle preset at pindutin ang I-reset. 1 mol ng argon ay umiikot sa pagitan ng 600 K at 300 K gamit ang isothermal at isochoric na leg lamang.
2. I-enable ang per-leg work readout at cycle-efficiency readout.
3. Para sa bawat leg ng cycle (1 hanggang 4), basahin ang target volume ng leg at gawaing ginawa ng gas sa leg na iyon.

3 · Mangulekta ng Data

I-sketch ang P-V diagram para sa 4 na leg, minamarkahan ang 2 isothermal (kurba) at 2 isochoric (vertical) na segment.

4 · Mag-analisa

1. Kumpirmahing W = 0 ang leg 2 at 4 (isochoric). I-sum ang gawain ng 4 leg para sa net cycle work, at ihambing ang efficiency reading ng cycle sa Carnot bound na η_c = 1 − 300/600 = 0.5.
2. Ang raw na efficiency ng cycle na ito (walang ideal na regenerator na nabawi ang init ng isochoric na leg) ay nananatili sa ibaba ng 0.5. Ipaliwanag, gamit ang unang batas, kung bakit ang initong itinataguyod sa isochoric-cooling leg ay kumakatawan sa enerhiyang hindi nababawi ng simpleng engine.

5 · Palawakin

1. Gumagamit ang tunay na Stirling engine ng regenerator — mesh na nag-iimbak ng init na inilabas sa isochoric cooling at ibinabalik sa isochoric heating. Ipaliwanag kung bakit papayagan ng perpektong regenerator ang cycle na ito na lumapit sa Carnot efficiency kahit walang adiabatic na leg.
2. Pinahahalagahan ang mga Stirling engine dahil gumagawa ito sa kahit anong external na source ng init (solar, waste heat, mga pagkakaiba ng temperatura sa kalawakan) sa halip na nangangailangan ng internal combustion. Bakit maaaring kaakit-akit ang closed-cycle engine na may external heating para sa mga application na iyon?

Ang Physics sa Likod ng Experiment na Ito

← Bumalik sa experiment