스털링 사이클: 재생을 통한 등온 구간

1 · 예측

스털링 사이클은 2개의 등온 구간과 2개의 등온 구간을 사용하며 단열 구간은 전혀 사용하지 않습니다. 완벽한 "재생기"가 등방성 다리 사이에서 열을 재활용하는 경우 효율성은 원칙적으로 카르노 값과 일치할 수 있습니다. 이상적인 재생기가 없으면 측정한 단순 사이클 효율이 카르노 경계에 미치지 못합니까?

• 예. 재생기가 없으면 이 사이클의 원시 효율성은 동일한 두 저장소 온도에 대한 카르노 한계보다 낮습니다.
• 효율은 재생에 관계없이 Carnot 한계와 정확히 동일합니다.
• 효율이 카르노 한계를 초과합니다.

2 · 설정

1. stirling-cycle 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 1몰의 아르곤은 등온 및 등온 레그만을 사용하여 600K와 300K 사이에서 순환합니다.
2. 단계별 일 표시 및 사이클 효율 표시를 활성화하세요.
3. 주기의 각 구간(1~4)에 대해 구간의 목표 부피와 해당 구간 동안 가스가 수행한 작업을 읽습니다.

3 · 데이터 수집

4개의 다리 모두에 대한 PV 다이어그램을 스케치하고 2개의 등온선(곡선) 세그먼트와 2개의 등온선(수직) 세그먼트를 표시합니다.

4 · 분석

1. 레그 2와 4(isochoric)가 W = 0을 표시하는지 확인합니다. 순 사이클 작업에 대해 4개 레그의 작업을 모두 합산하고 사이클의 효율성 판독값을 카르노 경계 θ_c = 1 − 300/600 = 0.5와 비교합니다.
2. (등적 단계의 열을 회수하는 이상적인 재생기가 없는) 이 사이클의 순수 효율은 0.5 미만으로 유지됩니다. 열역학 제1법칙을 이용해, 등적 냉각 단계 동안 버려지는 열이 왜 단순한 엔진이 회수하지 못하는 에너지를 나타내는지 설명하세요.

5 · 확장

1. 실제 스털링 엔진은 재생기(등방성 냉각 중에 방출된 열을 저장하고 등방성 가열 중에 이를 반환하는 메시)를 사용합니다. 완벽한 재생기가 단열 다리 없이도 이 사이클이 카르노 효율에 접근하도록 하는 이유를 설명하십시오.
2. 스털링 엔진은 내연이 필요 없이 어떤 외부 열원(태양열, 폐열, 심지어 우주에서의 온도차)으로도 작동할 수 있다는 점에서 높이 평가됩니다. 외부 가열식 폐쇄 사이클 엔진이 왜 그런 응용에 매력적일 수 있을까요?

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