स्टर्लिंग चक्र: पुनर्जनन के साथ इज़ोटेर्मल पैर

1 · भविष्यवाणी

स्टर्लिंग चक्र 2 इज़ोटेर्मल पैरों और 2 आइसोकोरिक पैरों का उपयोग करता है, कोई रुद्धोष्म पैर बिल्कुल नहीं। इसकी दक्षता सैद्धांतिक रूप से कार्नोट मूल्य से मेल खा सकती है यदि एक आदर्श "पुनर्योजीकर्ता" आइसोकोरिक पैरों के बीच गर्मी को पुन: चक्रित करता है। एक आदर्श पुनर्योजी के बिना, क्या आपके द्वारा मापी जाने वाली सरल चक्र दक्षता कार्नोट सीमा से कम हो जाती है?

हाँ - पुनर्योजी के बिना, इस चक्र की कच्ची दक्षता समान दो जलाशय तापमानों के लिए कार्नोट सीमा से नीचे है।
पुनर्जनन की परवाह किए बिना दक्षता बिल्कुल कार्नोट सीमा के बराबर होती है।
दक्षता कार्नोट सीमा से अधिक है।

2 · सेट अप

stirling-cycle प्रीसेट खोलें और रीसेट दबाएँ। केवल इज़ोटेर्मल और आइसोकोरिक पैरों का उपयोग करके 600 K और 300 K के बीच 1 मोल आर्गन चक्र।
per-leg कार्य रीडआउट और cycle-efficiency रीडआउट सक्षम करें।
चक्र के प्रत्येक चरण (1 से 4 तक) के लिए, चरण की लक्षित मात्रा और उस चरण के दौरान गैस द्वारा किए गए कार्य को पढ़ें।

3 · डेटा एकत्रित करें

पैर संख्या	पैर का लक्ष्य आयतन V (m³)	इस पैर को गैस द्वारा पूरा किया गया कार्य (J)
1
2
3
4

2 इज़ोटेर्मल (घुमावदार) और 2 आइसोकोरिक (ऊर्ध्वाधर) खंडों को चिह्नित करते हुए, सभी 4 पैरों के लिए P-V आरेख बनाएं।

4 · विश्लेषण करें

पैरों की पुष्टि करें 2 और 4 (आइसोकोरिक) W = 0 दिखाएं। नेट चक्र कार्य के लिए सभी 4 पैरों के कार्य का योग करें, और चक्र की दक्षता रीडिंग की तुलना कार्नोट बाउंड η_c = 1 - 300 /600 = 0.5 से करें।
इस चक्र की कच्ची दक्षता (आइसोकोरिक पैरों की गर्मी को पुनर्प्राप्त करने वाले एक आदर्श पुनर्योजी के बिना) 0.5 से नीचे रहती है। पहले नियम का उपयोग करते हुए समझाएं कि isochoric-cooling लेग के दौरान निकलने वाली गर्मी ऊर्जा का प्रतिनिधित्व क्यों करती है जिसे साधारण इंजन पुनर्प्राप्त नहीं कर पाता है।

5 · विस्तार

एक वास्तविक स्टर्लिंग इंजन एक रीजेनरेटर का उपयोग करता है - एक जाल जो आइसोकोरिक शीतलन के दौरान जारी गर्मी को संग्रहीत करता है और आइसोकोरिक हीटिंग के दौरान इसे वापस कर देता है। बताएं कि क्यों एक आदर्श पुनर्योजी इस चक्र को रुद्धोष्म पैरों के बिना भी कार्नोट दक्षता तक पहुंचने देगा।
स्टर्लिंग इंजन आंतरिक दहन की आवश्यकता के बजाय किसी भी बाहरी ताप स्रोत (सौर, अपशिष्ट ताप, यहाँ तक कि अंतरिक्ष में तापमान अंतर) पर चलने के लिए बेशकीमती हैं। बाहरी हीटिंग वाला closed-cycle इंजन उन अनुप्रयोगों के लिए आकर्षक क्यों हो सकता है?

इस प्रयोग के पीछे का भौतिकी

कार्नोट साइकिल दक्षता पर बाध्य

तापमान Tc और Th के बीच चलने वाला कोई भी चक्र - स्टर्लिंग शामिल - कार्नोट दक्षता से अधिक नहीं हो सकता है η_c = 1 - Tc/Th. एक वास्तविक (non-regenerated) स्टर्लिंग चक्र इस सीमा से कम हो जाता है क्योंकि यह अपने isochoric-cooling चरण के दौरान अप्रयुक्त गर्मी को डंप करता है।

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