วัฏจักรสเตอร์ลิง ขั้นอุณหภูมิคงที่พร้อมการกู้คืนความร้อน

1 · ทำนาย

วัฏจักรสเตอร์ลิงใช้ 2 ขั้นอุณหภูมิคงที่กับ 2 ขั้นปริมาตรคงที่ ไม่มีขั้นอะเดียแบติกเลย ประสิทธิภาพของมันหลักการแล้วเทียบค่าคาร์โนต์ได้ถ้า “รีเจนเรเตอร์” สมบูรณ์รีไซเคิลความร้อนระหว่างขั้นไอโซคอริก โดยไม่มีรีเจนเรเตอร์อุดมคติ ประสิทธิภาพวัฏจักรอย่างง่ายที่คุณวัดต่ำกว่าเพดานคาร์โนต์หรือไม่

• ใช่ — โดยไม่มีรีเจนเรเตอร์ ประสิทธิภาพดิบของวัฏจักรนี้ต่ำกว่าเพดานคาร์โนต์ที่อุณหภูมิแหล่งกักเดียวกัน
• ประสิทธิภาพเท่าเพดานคาร์โนต์พอดีไม่ว่าจะมีการกู้คืนหรือไม่
• ประสิทธิภาพเกินเพดานคาร์โนต์

2 · จัดเตรียม

1. เปิดค่าที่ตั้งไว้ stirling-cycle แล้วกดรีเซ็ต อาร์กอน 1 mol วนระหว่าง 600 K กับ 300 K ด้วยขั้นอุณหภูมิคงที่และปริมาตรคงที่เท่านั้น
2. เปิดค่าแสดงงานรายขั้นและประสิทธิภาพวัฏจักร
3. สำหรับทุกขั้นของวัฏจักร (1 ถึง 4) อ่านปริมาตรเป้าหมายของขั้นและงานที่แก๊สทำในขั้นนั้น

3 · เก็บข้อมูล

ร่างไดอะแกรม P-V ของทั้ง 4 ขั้น กำกับ 2 ช่วงอุณหภูมิคงที่ (โค้ง) กับ 2 ช่วงปริมาตรคงที่ (แนวดิ่ง)

4 · วิเคราะห์

1. จงยืนยันว่าช่วง 2 และ 4 (ปริมาตรคงที่) มี W = 0 จงรวมงานทั้ง 4 ช่วงเป็นงานสุทธิของวัฏจักร และเทียบค่าประสิทธิภาพที่อ่านได้กับขอบเขตคาร์โนต์ η_c = 1 − 300/600 = 0.5
2. ประสิทธิภาพดิบของวัฏจักรนี้ (โดยไม่มีรีเจนเรเตอร์อุดมคติกู้ความร้อนของขั้นไอโซคอริก) อยู่ต่ำกว่า 0.5 ใช้กฎข้อที่หนึ่งอธิบายว่าเหตุใดความร้อนที่ทิ้งระหว่างขั้นทำความเย็นไอโซคอริกจึงเป็นพลังงานที่เครื่องจักรอย่างง่ายไม่กู้คืน

5 · ต่อยอด

1. เครื่องยนต์สเตอร์ลิงจริงใช้รีเจนเรเตอร์ — ตะแกรงที่เก็บความร้อนที่ปล่อยระหว่างทำความเย็นไอโซคอริกและคืนระหว่างให้ความร้อนไอโซคอริก อธิบายว่าเหตุใดรีเจนเรเตอร์สมบูรณ์จึงพาวัฏจักรนี้เข้าใกล้ประสิทธิภาพคาร์โนต์ได้แม้ไม่มีขั้นอะเดียแบติก
2. เครื่องยนต์สเตอร์ลิงได้รับการยกย่องที่ทำงานด้วยแหล่งความร้อนภายนอกใดก็ได้ (แสงอาทิตย์ ความร้อนเหลือทิ้ง แม้ความต่างอุณหภูมิในอวกาศ) โดยไม่ต้องเผาไหม้ภายใน เหตุใดเครื่องยนต์วัฏจักรปิดให้ความร้อนภายนอกจึงน่าสนใจสำหรับการใช้งานเหล่านั้น

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

← กลับไปการทดลอง