Stirling Çevrimi: Rejenerasyonlu İzotermal Bacaklar
1 · Tahmin Et
Stirling çevriminde 2 izotermal bacak ve 2 izokorik bacak kullanılır, adyabatik bacak yoktur. Mükemmel bir "rejeneratörün" izokorik bacaklar arasındaki ısıyı geri dönüştürmesi durumunda verimliliği prensipte Carnot değerine eşit olabilir. İdeal bir rejeneratör olmadan ölçtüğünüz basit çevrim verimliliği Carnot sınırının altında mı kalır?
- Evet — rejeneratör olmadan bu çevrimin ham verimliliği aynı iki rezervuar sıcaklığı için Carnot limitinin altındadır.
- Verimlilik, rejenerasyondan bağımsız olarak Carnot limitine tam olarak eşittir.
- Verimlilik Carnot sınırını aşıyor.
2 · Kurulum
- Karıştırma döngüsü ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. 1 mol argon, yalnızca izotermal ve izokorik bacaklar kullanılarak 600 K ile 300 K arasında döngü yapar.
- Bacak başına çalışma okumasını ve döngü verimliliği okumasını etkinleştirin.
- Döngünün her bir ayağı için (1'den 4'e kadar), ayağın hedef hacmini ve o bacak boyunca gazın yaptığı işi okuyun.
3 · Veri Toplayın
| Bacak numarası | Bacağın hedef hacmi V (m³) | Bu bacakta gazın yaptığı iş (J) |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 |
2 izotermal (eğri) ve 2 izokorik (dikey) parçayı işaretleyerek 4 bacağın tamamı için P-V diyagramını çizin.
4 · Analiz et
- 2 ve 4 (izokorik) bacaklarının W = 0 gösterdiğini doğrulayın. Net döngü çalışması için tüm 4 ayaklarının çalışmalarını toplayın ve döngünün verimlilik okumasını Carnot sınırı η_c = 1 − 300 /600 = 0.5 ile karşılaştırın.
- Bu döngünün ham verimliliği (izokorik bacakların ısısını geri kazanan ideal bir rejeneratör olmadan) 0,5'in altında kalır. Birinci yasayı kullanarak izokorik soğutma ayağı sırasında boşalan ısının neden basit motorun geri kazanamadığı enerjiyi temsil ettiğini açıklayın.
5 · Uzat
- Gerçek bir Stirling motoru, izokorik soğutma sırasında açığa çıkan ısıyı depolayan ve izokorik ısıtma sırasında geri döndüren bir ağ olan bir rejeneratör kullanır. Mükemmel bir rejeneratörün neden adyabatik bacaklar olmasa bile bu çevrimin Carnot verimliliğine yaklaşmasına izin vereceğini açıklayın.
- Stirling motorları, içten yanma gerektirmek yerine herhangi bir harici ısı kaynağıyla (güneş enerjisi, atık ısı, hatta uzaydaki sıcaklık farklılıkları) çalıştığı için ödüllendirilir. Bu uygulamalar için neden harici ısıtmalı kapalı çevrimli bir motor çekici olabilir?
Bu Deneyin Arkasındaki Fizik
Carnot Çevrim Verimliliğine Bağlı
Tc ve Th sıcaklıkları arasında çalışan hiçbir çevrim (Stirling dahil) Carnot verimliliğini η_c = 1 − Tc/Th geçemez. Gerçek (yenilenmeyen) bir Stirling çevrimi bu sınırın altında kalır çünkü izokorik soğutma ayağı sırasında geri kazanılmamış ısıyı dışarı atar.