Tổng quan về động cơ stirling motor. Tính toán các bài toán động lực học cho mô hình stirling motor. Thiết lập mô hình hóa mô phỏng phân tính tính toán và chuyển động Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết.
§å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn MỦC LỦC Trang LÅÌI NỌI ÂÁƯU NGHIÃN CỈÏU TÄØN G QUAN VÃƯ ÂÄÜN G CÅ STIRLING 1.1 GIÅÏI THIÃÛU 1.2 MÄÜT VI MÄ HÇNH ÂÄÜNG CA ÂÄÜNG CÅ STIRLING 1.3 LËCH SỈÍ PHẠT TRIÃØN ÂÄÜNG CÅ NHIÃÛT V ÂÄÜNG CÅ STIRLING 12 1.4 MỦC ÂÊCH NGHIÃN CỈÏU 14 CHU TRÇNH NHIÃÛT ÂÄÜN G HC STIRLING 15 2.1 NGUN L HOẢT ÂÄÜNG V CHU TRÇNH NHIÃÛT ÂÄÜNG HC 15 2.2 HIÃÛU SÚT NHIÃÛT L THUÚT 19 PHÁN LOẢI ÂÄÜN G CÅ STIRLING 21 3.1 GIÅÏI THIÃÛU 21 3.2 CẠC LOẢI ÂÄÜNG CÅ STIRLING 21 3.2.1 Âäün g cå piston - trỉåüt 23 3.2.2 Âäün g cå piston 25 3.3 SO SẠNH CẠC LOẢI ÂÄÜNG CÅ STIRLING 28 Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn 3.3.1 Âäün g cå piston - trỉåüt våïi âäün g cå piston 28 3.3.2 Âäün g cå piston - trỉåüt xylanh âån våïi âäün g cå piston trỉåüt xylanh riãng 29 THIÃÚT KÃÚ TÊNH TOẠN ÂÄÜN G CÅ STIRLING 31 4.1 CẠC THÄNG SÄÚ THIÃÚT KÃÚ CÅ BN 31 4.2 NH HỈÅÍNG CẠC THÄNG SÄÚ KHẠC NHAU ÂÃÚN ÂÄÜNG CÅ STIRLING 34 4.3 ÂÄƯ THË THIÃÚT KÃÚ HÅÜP NHÁÚT 39 4.4 MÄI CHÁÚT CÄNG TẠC 43 4.5.BÄÜ HON NHIÃÛT 46 4.6 THIÃÚT KÃÚ TÊNH TOẠN ÂÄÜNG CÅ STIRLING CHẢY BÀỊNG NGƯN ÂIÃÛN 48 4.6.1 Kãút cáúu 48 4.6.2 Ngun l lm viãûc v chu trçnh nhiãût âäün g hc 50 4.6.3 Tênh toạn nhiãût âäün g hc v hiãûu sút 53 ỈU NHỈÅÜC ÂIÃØM CA ÂÄÜN G CÅ STIRLING 65 5.1 ỈU ÂIÃØM Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A 65 Trang §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn 5.2 NHỈÅÜC ÂIÃØM 66 KÃÚT LÛN 69 TI LIÃÛU THAM KHO 71 LÅÌI NỌI ÂÁƯU Tỉì láu nay, váún âãư nàng lỉåüng l mäüt váún âãư quan tám hng âáưu ca mi ngỉåìi Ngưn dáưu m trãn thãú giåïi d ráút phong phụ, nhỉng sỉû khai khạc dáưu m mäüt cạch äư ảt hiãûn â lm cho ngưn dáưu m ngy cng cản kiãût dáưn, âọ giạ dáưu s tàng cao Hån nỉỵa, thåìi âải ngy nay, m váún âãư mäi trỉåìng âang l váún âãư ton cáưu, mäi trỉåìng âang bë ä nhiãùm nàûng, m mäüt nhỉỵng ngun nhán chênh âọ l khê thi ca âäüng cå Näưng âäü ca nhỉỵng cháút gáy ä nhiãùm khê x âäüng cå NO x , CO, HC, bäư họng cọ xu hỉåïng gia tàng mảnh m cng våïi sỉû gia tàng näưng âäü CO 2, cháút khê gáy hiãûu ỉïng nh kênh lm tàng nhiãût âäü báưu khê quøn, â l âãư ti bn ci åí nhiãưu diãùn ân qúc tãú v khu vỉûc Táút c nhỉỵng váún âãư âọ, âi hi ngnh âäüng cå phi cọ nhỉỵng gii phạp thêch håüp Âäüng cå âäút ngy dáưn dáưn s âỉåüc thay thãú bàòng cạc loải Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn âäüng cå khạc, âọ âäüng cå Stirling âang âỉåüc sỉû quan tám ca nhiãưu ngỉåìi Âáy l loải âäüng cå âäút ngoi sỉí dủng mäi cháút cäng tạc thãø khê Âäüng cå cọ kãút cáúu âån gin, khäng cọ cạc hãû thäúng phỉïc tảp hãû thäúng âiãûn, hãû thäúng phun nhiãn liãûu Âäüng cå Stirling cung cáúp cäng theo mäüt chu trçnh âọ piston nẹn khê åí nhiãût âäü tháúp v cho khê gin nåí åí nhiãût âäü cao Âäüng cå ny cọ thãø dng báút k ngưn nhiãût no, qụa trçnh cáúp nhiãût cọ thãø thỉûc hiãûn bãn hay bãn ngoi xylanh ÅÍ âäư ạn täút nghiãûp ny, em giåïi thiãûu täøng quạt vãư âäüng cå nhiãût v âäüng cå Stirling, nãu mủc âêch nghiãn cỉïu, tçm hiãøu cạc loải kãút cáúu khạc ca âäüng cå, nãu ỉu nhỉåüc âiãøm ca nọ, tçm hiãøu ngun l hoảt âäüng ca âäüng cå Stirling bàòng hçnh nh âäüng, nghiãn cỉïu l thuút v thiãút kãú mäüt âäüng cå Stirling chảy bàòng ngưn âiãûn lm cå såí âãø nghiãn cỉïu phạt triãøn cạc loải âäüng cå Stirling khạc Trong quạ trçnh hon thnh âäư ạn, màûc d bn thán em â cäú gàõng, nhỉng chàõc khäng trạnh sai sọt Vç váûy em mong âỉåüc sỉû chè bo ca tháưy cä v cạc âãø viãûc nghiãn cỉïu thiãút kãú âäüng cå âỉåüc hon thiãûn hån Em xin by t lng biãút ån âãún tháưy Tráưn Vàn Nam v cạc tháưy cä giạo â giụp âåỵ âãø em hon thnh âäư ạn ny  Nàơng, ngy 25 thạng nàm 2003 Sinh viãn thỉûc hiãûn Bi Vàn Cng Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn NGHIÃN CỈÏU TÄØN G QUAN VÃƯ ÂÄÜN G CÅ STIRLING 1.1 GIÅÏI THIÃÛU Âäüng cå stirling l loải âäüng cå nhiãût kiãøu piston, âỉåüc âàût tãn theo ngỉåìi sạng chãú nọ, äng Robert Stirling Nàm 1816 [5], âäüng cå håi nỉåïc váûn hnh åí mi nåi, Robert Stirling â sạng chãú mäüt loải âäüng cå måïi- âäüng cå Stirling (hçnh 1.1) Âáy l loải âäüng cå sỉí dủng bưng âäút ngoi, cäng âỉåüc tảo sỉû gin nåí khê åí nhiãût âäü cao Cng cạc loải âäüng cå âäút trong, âäüng cå Stirling cung cáúp cäng theo mäüt chu trçnh, âọ piston nẹn khê åí nhiãût âäü tháúp v cho khê gin nåí åí nhiãût âäü cao Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn Hçnh 1.1 Âäüng cå Stirling ngun thy nàm 1816, loải âäüng cå ny â âỉåüc sỉí dủng vo nàm 1818 âãø båm nỉåïc tỉì m âạ Tuy âäüng cå Stirling xút hiãûn såïm váûy nhỉng chỉa âỉåüc phạt triãøn âãø ỉïng dủng cüc säúng vç giạ thnh chãú tảo cao v låüi nhûn tháúp nãn khäng thãø cảnh tranh âỉåüc våïi âäüng cå nhiãût hiãûn tải Trong thãú k ny, ngỉåìi bàõt âáưu nghé vãư mäi trỉåìng thç âäüng cå Stirling âang âỉåüc quan tám âàûc biãût båíi quạ trçnh hoảt âäüng ca âäüng cå ráút ãm, hiãûu sút cao v thi sảch nhåì sỉí dủng cạc ngưn nhiãût sảch hồûc êt gáy ä nhiãùm hån Âäüng cå cọ thãø sỉí dủng báút k ngưn nhiãût no, âiãưu ny cho phẹp sỉí dủng nhỉỵng ngưn nhiãût thäng thỉåìng ngưn nhiãût âäút chạy Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn than ci, rạc rỉåíi , v nháút l cọ thãø sỉí dủng ngưn nhiãût tỉì nàng lỉåüng màût tråìi Vãư cäng nghãû âäüng cå Stirling cọ kãút cáúu âån gin, vç váûy loải âäüng cå ny cọ thãø chãú tảo tỉång âäúi dãù dng tải cạc cå såí cå khê åí nỉåïc ta Mäüt nhỉỵng hỉåïng phạt triãøn âäüng cå Stirling l chãú tảo nhỉỵng âäüng cå cåỵ nh âãø cung cáúp cäng cå hc trãn tu thuưn ráút âỉåüc quan tám chụng ta cọ nhiãưu phỉång ạn thiãút kãú gn nhẻ âãø náng cao cäng sút riãng ca âäüng cå Nhỉỵng nghiãn cỉïu phạt triãøn ỉïng dủng âäüng cå Stirling trãn phỉång tiãûn váûn chuøn cng â âỉåüc cạc nh sn xút ätä quan tám Màût khạc cọ thãø biãún âäøi nhiãût trỉûc tiãúp tỉì nàng lỉåüng màût tråìi thnh cäng nãn â âỉåüc nghiãn cỉïu ỉïng dủng trãn cạc tu khäng gian tỉì nàm 1995 [2] 1.2 MÄÜT VI MÄ HÇNH ÂÄÜNG CA ÂÄÜNG CÅ STIRLING Âãø hiãøu hån vãư âäüng cå Stirling ta hy xem xẹt mäüt säú hçnh nh âäüng ca âäüng cå Stirling sau âáy [6] 1.2.1.Âäün g cå Stirling kiãøu hai piston: Âäüng cå hoảt âäüng theo quạ trçnh ( hçnh 1.2): Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn Hçnh 1.2 Âäüng cå Stirling kiãøu hai piston Quạ trçnh cáúp nhiãût (heat): Piston nọng di chuøn lãn phêa trãn, piston lảnh di chuøn xúng phêa dỉåïi mäüt pháưn tỉ vng quay ca trủc khuu Quạ trçnh gin nåí (expansion): Hai piston âãưu di chuøn vãư phêa dỉåïi Nàng lỉåüng âỉåüc sỉí dủng âãø sinh cäng Quạ trçnh lm lảnh (cool): Trủc khuu quay nhåì nàng lỉåüng ca bạnh â Piston nọng tiãúp tủc di chuøn vãư phêa dỉåïi v piston lảnh di chuøn vãư phêa trãn Khäng khê chuøn tỉì bưng nọng tåïi bưng lảnh, ạp sút âäüng cå gim Quạ trçnh nẹn (compression): Hai piston âãưu di chuøn vãư phêa trãn Nàng lỉåüng âỉåüc têch trỉỵ giai âoản ny 1.2.2 Âäün g cå Stirling kiãøu trỉåüt : Mä hçnh ca âäüng cå âỉåüc thãø hiãûn hçnh 1.3: Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 10 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn Hçnh 1.3 Âäüng cå Stirling kiãøu trỉåüt Mäi cháút cäng tạc: gin nåí âỉåüc cáúp nhiãût v co lải âỉåüc lm lảnh Con trỉåüt: lm chuøn dåìi khäng khê v thay âäøi ạp sút âäüng cå p sút tàng lãn trỉåüt åí vë trê trãn ca xylanh, ạp sút gim trỉåüt åí vë trê dỉåïi ca xylanh Pis ton lỉûc: âäüng cå âỉåüc nẹn âãún ạp sút låïn nháút nhåì sỉû váûn hnh ca trỉåüt, piston lỉûc gin nåí lm váûn hnh âäüng cå Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 11 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn 1.3 LËCH SỈÍ PHẠT TRIÃØN ÂÄÜNG CÅ NHIÃÛT V ÂÄÜNG CÅ STIRLING Âäüng cå nhiãût l mäüt thiãút bë âäüng lỉûc, dng âãø biãún âäøi nhiãût nàng thnh cå nàng Nhiãût nàng cọ âỉåüc l âäút chạy nhiãn liãûu Ngy nay, âäüng cå nhiãût âỉåüc gàõn trãn ätä, mạy kẹo, mạy bay, xe gàõn mạy hai bạnh, mạy båm nỉåïc Ngỉåìi ta ỉåïc [2] hån 80% cäng cå nàng trãn thãú giåïi hiãûn âäüng cå nhiãût cung cáúp Âäüng cå nhiãût cọ bãư dy lëch sỉí hån 200 nàm [2], nàm 1769, James Watt â âỉåüc cáúp bàòng sạng chãú vãư âäüng cå håi nỉåïc Âäüng cå håi nỉåïc cọ thãø xem l mäüt phạt minh tiãn phong, måí mäüt thåìi k phạt triãøn thënh vỉåüng ca cạc loải âäüng cå nhiãût Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 12 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn 2 πd chxlct ⋅ ∆T πd chxlct ⋅t ⋅q ⋅t = Qnxlct = 4R nxlct (4.16) * Nhiãût lỉåüng dáùn qua trỉåüt gäưm 30 lạ nhäm, åí giỉỵa l låïp âãûm khäng khê: Máût âäü dng nhiãût qua trỉåüt [1]: qct = ∆T/ Rct δ ln Våïi: Rct- l âiãûn tråí nhiãût ca trỉåüt; Rct = nln λ ln δ âk λ + nâk âk nln - säú lạ nhäm, nln = 30 δln - chiãưu dy mäùi lạ nhäm, δln = mm λln - hãû säú dáùn nhiãût ca lạ nhäm, λln = 174 W/m.âäü nâk - säú låïp âãûm khê åí giỉỵa cạc lạ nhäm, nâk = 29 δâk - chiãưu dy mäùi låïp âãûm khê, δâk = mm λ âk - hãû säú dáùn nhiãût ca låïp âãûm khê, λ âk = 4,6.102 W/m.âäü Nhiãût lỉåüng truưn cho trỉåüt thåìi gian t = 0,11giáy l: πd ct2 ⋅ ∆T πd ct2 ⋅t ⋅q ⋅t = Qct = 4R ct (4.17) Tỉì cạc cäng thỉïc (4.12) âãún (4.17), ta cọ phỉång trçnh cán bàòng nhiãût sau: Qât = Qtmc + Qnxlct + Qxlct + Qct 2πλ xlct l xlct ∆T πd ct2 ⋅ ∆T πd chxlct ⋅ ∆T hay: RI t = mc∆T + ( + + ) t ' ln(d xlct / d xlct ) 4R ct 4R nxlct Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 60 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn 2πλ xlct l xlct πd ct2 πd chxlct RI t = [mc + ( + + ) t].∆T ln(d xlct / d 'xlct ) 4R ct 4R nxlct Thay cạc giạ trë vo phỉång trçnh trãn ta âỉåüc: 3,5 × 8,572 × 0,11 = [0,002278 × 1,005 × 103+( 3,1416 × 0,094 × 235 × 10 −6 + 3,1416 × 0,09 × 4825 × 10 −6 × 3,1416 × 1,76 × 0,164 + ln(113 / 98) ) × 0,11] × ∆T Suy ra: ∆T = (0C) hay ∆T = 277 0K Tỉì âọ ta cọ: Tmax = Tmin + ∆T = 300 + 277 = 577 0K Váûy ta âỉåüc: T säú nhiãût âäü: τ = Tmin / Tmax = 300 / 577 = 0,520 T säú thãø têch: r = Vmax / Vmin = 1815888 / 1358148 = 1,337 Thay giạ trë vo cạc cäng thỉïc (4.12) ÷ (4.17) ta âỉåüc: Qât = 28,276 (J); Qmc = 9,148 (J); Qxlct = 5,596 (J); Qnxlct = 0,579 (J); Qct = 12,953 (J) Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 61 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn 4.6.3.2 Tênh toạn nhiãût âäün g hc : Cạc quạ trçnh nhiãût âäüng hc åí âáy ta våïi mäüt khäúi lỉåüng âån vë ca mäi cháút cäng tạc (1Kg) gi âënh l khê l tỉåíng Tỉì phỉång trçnh trảng thại khê l tỉåíng ta cọ [1]: RT1 287 × 300 V1 = P = 1,1× 9,81× 10 = 0,797(m ) Báy giåì ta láưn lỉåüt toạn nhiãût âäüng hc ca tỉìng quạ trçnh: a Quạ trçnh nẹn âàóng nhiãût 1- 2: Trong quạ trçnh nẹn âàóng nhiãût ny, nhiãût tỉì mäi cháút cäng tạc mäi trỉåìng bãn ngoi Cäng âỉåüc thỉûc hiãûn âãø nẹn mäi cháút cäng tạc cọ giạ Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 62 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn trë bàòng vãư âäü låïn våïi lỉåüng nhiãût tỉì mäi cháút cäng tạc Khäng cọ sỉû thay âäøi näüi nàng v cọ sỉû gim ca Entropy: T2 = T1 = Tmin = 300 0K Vmax V1 = = P1 r = 1,1× 1,337 = 1,471(at ) V V P2 = P P1 Nhiãût lỉåüng trao âäøi bàòng cäng thỉûc hiãûn: Qc = W = P1V1ln(1/r) = RT1ln(1/r) = 1,1 9,81 104 0,797 ln(1/1,337) = - 24981(J) Sỉû thay âäøi Entropy: S2 - S1 = Rln(1/r) = 287 ln(1/1,337) = - 83 (J/0K) b Quạ trçnh nung nọng âàóng têch 2-3: Trong quạ trçnh ny, nhiãût lỉåüng truưn tỉì bäü hon nhiãût âãún mäi cháút cäng tạc Khäng cọ cäng no âỉåüc thỉûc hiãûn, cọ sỉû tàng Entropy v näüi nàng ca mäi cháút cäng tạc T3 Pû3 = P2 T2 = P2 / τ = 1,471 / 0,492 = 2,8 (at) V3 = V2 Nhiãût lỉåüng truưn tỉì bäü hon nhiãût cho mäi cháút cäng tạc: Q = Cv(T3 - T2) = 717,5 ( 577 − 300 ) = 198533(J ) Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 63 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn Våïi Cv - Nhiãût dung riãng âàóng têch; ta cọ [1]: Cv = R 287 = = 717,5 k − 1,4 − (J/Kg.âäü), xem khäng khê l khê l tỉåíng ngun tỉí nãn säú m âoản nhiãût k = 1,4 Cäng thỉûc hiãûn W = Sỉû thay âäøi Entropy: S3 - S2 = Cvln(1/τ) = 717,5.ln(1/0,492) = 469 (J/0K) c Quạ trçnh gin nåí âàóng nhiãût 3- 4: Cäng âỉåüc tảo båíi mäi cháút cäng tạc, cọ trë säú bàòng vãư âäü låïn våïi lỉåüng nhiãût cung cáúp Khäng cọ sỉû thay âäøi näüi nàng, nhỉng cọ sỉû gia tàng Entropy ca mäi cháút cäng tạc V3 Vmin = = P3 (1/ r ) = 2,8 × (1/ 1,337) = 2,12(at ) V V P4 = P3 P3 max T4 = T3 = Tmax = 577 0K Nhiãût lỉåüng truưn bàòng cäng thỉûc hiãûn: W = Q = P3V3lnr = RT3lnr = 287 577 ln1,337 = 48047 (J) Sỉû thay âäøi Entropy: S4 - S3 = Rlnr = 287 ln1,337 = 83 (J/0K) d Quạ trçnh lm lảnh âàóng têch - 1: Trong quạ trçnh ny, nhiãût truưn tỉì mäi cháút cäng tạc âãún bäü hon nhiãût, lm gim nhiãût âäü ca mäi cháút cäng tạc Quạ trçnh khäng cọ cäng thỉûc hiãûn, cọ sỉû gim näüi nàng v Entropy ca mäi cháút cäng tạc T1 Pû1 = P4 T4 = P4 τ = 2,12 0,492 = 1,1 (at) Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 64 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn Nhiãût lỉåüng truưn tỉì bäü hon nhiãût âãún mäi cháút cäng tạc: Q = Cv(T1 - T4) = 717,5 ( 577 − 300 ) = 198533(J ) Sỉû thay âäøi Entropy: S1 - S4 = Cvlnτ = 717,5 ln0,492 = - 469 (J/0K) Trong quạ trçnh hon nhiãût, nhiãût truưn tỉì bäü hon nhiãût âãún mäi cháút cäng tạc quạ trçnh 2-3, âỉåüc mäi cháút cäng tạc giỉỵ lải v truưn tråí lải cho bäü hon nhiãût quạ trçnh 4-1 Khäng cọ sỉû tàng thãm hồûc máút mạt nhiãût lỉåüng mäi cháút cäng tạc hồûc bäü hon nhiãût Vç thãú: Ton bäü nhiãût lỉåüng cung cáúp s bàòng: QE = RT3lnr = 287 577 ln1,337 = 48047 (J) Ton bäü nhiãût lỉåüng s bàòng: Qc = RT1ln(1/r) = 1,1 1,98 104 0,797 ln(1/1,337) = - 24981(J) Tỉì âọ ta cọ hiãûu sút nhiãût toạn s l: η= Q E − Q C W RT3 ln r − RT1 ln r = = = − τ = − 0,52 = 0,48 QE QE RT3 ln r Khi âọ cäng sút ca âäüng cå l: P = m.W = 0.002278.48047 = 109 (W) Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 65 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn ỈU NHỈÅÜC ÂIÃØM CA ÂÄÜN G CÅ STIRLING Báy giåì ta hy tçm hiãøu cạc ỉu v nhỉåüc âiãøm ca cạc loải âäüng cå Stirling âãø so sạnh våïi cạc loải âäüng cå hiãûn tải, tỉì âọ ta tháúy âỉåüc sỉû cáưn thiãút ca loải âäüng cå ny 5.1 ỈU ÂIÃØM Cạc ỉu âiãøm ca âäüng cå Stirling bao gäưm: - Âäüng cå Stirling chảy khäng cọ tiãúng näø v êt rung âäüng, kh nàng gáy ä nhiãùm mäi trỉåìng tháúp Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 66 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn - Cọ thãø táûn dủng sỉû cung cáúp nhiãût tỉì báút k ngưn nhiãût no, bao gäưm nàng lỉåüng nhiãût tỉì viãûc âäút chạy rạc rỉåíi, than ci, âãún nàng lỉåüng màût tråìi, hồûc tỉì âäưng vë phọng xả ca cạc l phn ỉïng hảt nhán - Âäüng cå Stirling cọ hiãûu sút nhiãût l thuút täúi âa, l thiãút bë chuøn âäøi nhiãût nàng täút nháút - Cạc sn pháøm chạy cáúp nhiãût cho âäüng cå khäng tiãúp xục våïi cạc chi tiãút chuøn âäüng, vç váûy sỉû mi mn nh, kãút qu l âäüng cå cọ tøi th låïn v viãûc bo dỉåỵng dãù dng - Kãút cáúu ca âäüng cå cho phẹp gim lỉåüng dáưu bäi trån, vç váûy sỉû tiãu thủ dáưu bäi trån cọ thãø xem khäng âạng kãø - Âäüng cå Stirling cọ kãút cáúu ráút âa dảng Mäüt säú loải ráút âån gin, cọ thãø lm theo kêch thỉåïc nh âäư chåi âãún kêch thỉåïc ráút låïn Cäng sút âäüng cå cọ thãø thiãút kãú ráút nh tỉì 1Watt âãún hng nghçn m lỉûc [2] Âäüng cå Stirling cọ thãø sỉí dủng lm mạy âäüng lỉûc, mạy lm lảnh 5.2 NHỈÅÜC ÂIÃØM Nhỉåüc âiãøm chênh l âäüng cå Stirling cao cáúp l vỉìa âàõt tiãưn v vỉìa phỉïc tảp Cạc loải âäüng cå âån gin hån thç r tiãưn, nhỉng lải cọ hiãûu sút riãng v cäng sút riãng tháúp Hiãûn tải, giạ thnh trãn mäüt sỉïc ngỉûa (735W) ca âäüng cå Stirling cao cáúp váùn låïn hån ráút nhiãưu so våïi giạ thnh âäüng cå Diesel, âãún khäng âãún sỉû chãnh lãûch giạ säú lỉåüng âäüng cå sn xút cn hản chãú Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 67 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn Cạc âäüng cå Stirling cọ hiãûu sút nhiãût v cäng sút riãng cao, ny sinh cạc váún âãư phỉïc tảp viãûc thiãút kãú phỉång phạp truưn nhiãût, cäng nghãû bao kên v c váún âãư chn váût liãûu v cäng nghãû chãú tảo Nhỉỵng váún âãư dỉåïi âáy l cạc khọ khàn cå bn dáùn âãún viãûc sỉí dủng âäüng cå Stirling cn hản chãú: 1- Váún âãư nung nọng: Bäü trao âäøi nhiãût chëu nhiãût âäü cao l váún âãư chênh phi quan tám âãø náng cao tøi th ca Cạc chi tiãút ca phi hoảt âäüng liãn tủc åí nhiãût âäü täúi âa ca chu trçnh âäüng cå, vç váûy bäü trao âäøi nhiãût phi âỉåüc lm bàòng håüp kim chëu âỉåüc nhiãût âäü ráút cao hồûc l váût liãûu gäúm Âãø cọ âỉåüc hiãûu sút nhiãût cao thç thãø têch läù träúng bãn trong, cáúu thnh khäng gian chãút ca âäüng cå, phi âỉåüc thiãút kãú åí mỉïc täúi thiãøu Nhỉ váûy âãø cọ âỉåüc mäüt âäüng cå Stirling våïi hiãûu sút nhiãût cao thç thãø têch khäng gian chãút ca âäüng cå phi nh, âọ diãûn têch cho sỉû truưn nhiãût nh, nãn váût liãûu s phi tiãúp xục våïi nhiãût lỉåüng ráút låïn trãn mäüt âån vë diãûn têch, âiãưu âọ âi hi ta phi chn váût liãûu cọ sỉïc bãưn nhiãût cao Âãø cọ âỉåüc cäng sút riãng cao, âäüng cå cáưn phi âỉåüc tàng ạp âãún mäüt ạp sút cao nháút âënh, v sỉí dủng mäi cháút cäng tạc cäng tạc l khê Hydrozen hồûc Helium, chỉï khäng phi l khäng khê Tuy nhiãn, ráút nhiãưu váût liãûu åí nhiãût âäü v ạp sút cao cọ khuynh hỉåïng tråí thnh tỉåi xäúp âäúi våïi cạc loải khê ny Bäü trao âäøi nhiãût lm viãûc åí nhiãût âäü cao, hoảt âäüng liãn tủc våïi nhiãût âäü gáưn våïi nhiãût âäü giåïi hản bãưn nhiãût, ạp sút bãn cao v ln thay âäøi Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 68 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn Âiãưu ny l mäüt khọ khàn låïn cho cäng nghãû chãú tảo, k thût váût liãûu v thiãút kãú nhiãût Váún âãư lm ngüi: Mäüt váún âãư quan trng khạc âäúi våïi cạc âäüng cå Stirling cäng sút cao l váún âãư lm ngüi Trong täøng säú nhiãût lỉåüng cung cáúp åí nhiãût âäü cao cho âäüng cå, mäüt pháưn láûp tỉïc bë máút âi theo sỉû khê Âáy l lỉåüng nhiãût máút mạt vä êch ca âäüng cå Nhiãût lỉåüng cn lải âỉåüc truưn cho âäüng cå, mäüt pháưn chuøn thnh cäng, v pháưn cn lải bë thi theo hãû thäúng lm mạt (xem nhiãût lỉåüng b âi) Trong trỉåìng håüp ca âäüng cå Diesel hồûc âäüng cå Xàng, thç lỉåüng nhiãût máút mạt phán thnh lỉåüng nhiãût bë hụt båíi hãû thäúng lm mạt v lỉåüng nhiãût thi theo âỉåìng äúng x Âäúi våïi âäüng cå âäút trong, sỉû gia tàng nhiãût âäü mäi trỉåìng lm mạt s náng cao hiãûu sút nhiãût Nhỉng våïi âäüng cå Stirling, báút k sỉû gia tàng nhiãût âäü mäi trỉåìng lm mạt (T min) ca mäi cháút cäng tạc âãưu nh hỉåíng xáúu âãún c cäng sút riãng láùn hiãûu sút nhiãût ca âäüng cå So sạnh våïi âäüng cå Diesel, hãû thäúng lm mạt ca âäüng cå Stirling khäng nhỉỵng phi ti nhiãưu nhiãût hån (tênh cho mäùi sỉïc ngỉûa) âãø gim nhiãût âäü bưng lảnh tåïi mỉïc nh nháút cọ thãø, m hãû thäúng lm mạt cn phi cọ hiãûu sút cao hån âãø giỉỵ nhiãût âäü lm mạt cng gáưn våïi nhiãût âäü khäng khê bao quanh (khi âọ váún âãư lm mạt s âån gin hån) Vç váûy bäü tn nhiãût ca âäüng cå Stirling cáưn phi cọ kêch thỉåïc låïn hån kêch thỉåïc bäü tn nhiãût ca âäüng cå Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 69 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn Diesel Cho nãn âäüng cå Stirling hiãûu sút cao, våïi hãû thäúng lm mạt bàòng khäng khê âån gin l khäng thãø ạp dủng thỉûc tãú âỉåüc Váún âãư bao kên: Bao kên l mäüt váún âãư ráút phỉïc tảp ca âäüng cå Stirling hiãûu sút cao Âäúi våïi mäi cháút cäng tạc khäng phi l khäng khê thç mäi cháút cáưn phi âỉåüc cung cáúp thãm tỉì bãn ngoi, båíi vç sỉû r rè d l ráút êt cng phi cọ âäüng cå hoảt âäüng mäüt thåìi gian di Âãø khàõc phủc tçnh trảng ny âäüng cå phi âỉåüc thiãút kãú km theo bäü dỉû trỉỵ v cung cáúp mäi cháút cäng tạc cho âäüng cå Ngoi cn cọ mäüt säú váún âãư phỉïc tảp khạc liãn quan âãún âäüng cå Stirling Âọ l ỉïng sút nhiãût gáy cho váût liãûu åí giai âoản chuøn tiãúp tỉì vng nhiãût âäü cao âãún nhiãût âäü tháúp bäü hon nhiãût, viãûc trạnh cạc âiãøm nọng bäü trao âäøi nhiãût åí nhiãût âäü cao, sỉû váûn hnh v âiãưu chènh täúc âäü ca âäüng cå KÃÚT LÛN Nhỉ váûy, qua âäư ạn ta â tçm hiãøu âỉåüc mäüt loải âäüng cå mang tãn âäüng cå Stirling m hiãûn tải âang êt âỉåüc phäø biãún, nhỉng cọ nhỉỵng ỉu âiãøm âàûc biãût m cạc loải âäüng cå khạc khäng cọ âỉåüc Âọ l: âäüng cå cọ hiãûu sút nhiãût cỉûc âải giäúng hiãûu sút nhiãût ca chu trçnh Carnot - l hiãûu sút nhiãût l tỉåíng cho báút k âäüng cå nhiãût no; âäüng cå cọ thãø sỉí dủng bưng âäút ngoi hồûc bưng âäút trong, âiãưu âọ cho phẹp ta cọ thãø sỉí dủng táút c nhỉỵng ngưn nhiãût thäng thỉåìng ngưn nhiãût âỉåüc tảo âäút chạy Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 70 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn than ci, rạc rỉåíi, dáưu m, dáưu thỉûc váût v âàûc biãût l ngưn nhiãût láúy tỉì nàng lỉåüng màût tråìi vä táûn; ngoi âäüng cå cn cọ kãút cáúu âån gin, hoảt âäüng ãm Âäưng thåìi våïi viãûc tçm hiãøu kãút cáúu v ngun l lm viãûc ca âäüng cå, em â thiãút kãú mäüt loải âäüng cå Stirling chảy bàòng ngưn âiãûn hoảt âäüng theo chu trçnh Stirling Tuy âäüng cå Stirling cọ nhỉỵng ỉu âiãøm âàûc biãût váûy nhỉng cn nhỉỵng hản chãú m ta phi nghiãn cỉïu khàõc phủc âãø âỉa âäüng cå Stirling ỉïng dủng räüng ri cüc säúng Âọ l: bäü hon nhiãût ln phi chëu nhiãût âäü cao nãn phi lm bàòng váût liãûu cọ sỉïc bãưn nhiãût cao; cäng nghãû chãú tảo, k thût váût liãûu v thiãút kãú nhiãût cho bäü hon nhiãût ráút khọ; bao kên cho âäüng cå Stirling cng l mäüt cäng viãûc ráút phỉïc tảp Tọm lải theo nhỉỵng váún âãư â tçm hiãøu, ta â tçm mäüt hỉåïng âi cho ngnh âäüng cå hiãûn m váún âãư mäi trỉåìng v váún âãư nàng lỉåüng âang âàûc biãût âỉåüc xem trng Âọ l nghiãn cỉïu v sn xút âäüng cå Stirling âãø phủc vủ cho cüc säúng åí hiãûn tải v tỉång lai, m trỉåïc tiãn âọ l nhỉỵng âäüng cå cọ cäng sút nh Trãn cå såí nghiãn cỉïu l thuút v thiãút kãú âäüng cå Stirling chảy bàòng ngưn âiãûn ca âäư ạn, ta cọ thãø thiãút kãú chãú tảo cạc âäüng cå Stirling sỉí dủng cạc ngưn nhiãût khạc than ci, than täø ong, v nháút l ngưn nàng lỉåüng màût tråìi âãø ạp ỉïng nhu cáưu âi hi ca nỉåïc ta v thãú giåïi Nỉåïc ta l mäüt nỉåïc näng nghiãûp, cọ ngưn nhiãn liãûu råm rả khạ nhiãưu, vç thãú ta cọ thãø chãú tảo âäüng cå Stirling cọ cäng sút nh sỉí dủng Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 71 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn bưng âäút dng ngưn nhiãn liãûu råm rả âãø båm nỉåïc cho cạc vng näng thän Âäưng thåìi nỉåïc ta l mäüt nỉåïc nhiãût âåïi, cọ ngưn nàng lỉåüng màût tråìi phong phụ, nãn ta cọ thãø chãú tảo âäüng cå Stirling sỉí dủng ngưn nàng lỉåüng âãø cung cáúp cäng cå hc phủc vủ cho âåìi säúng hàòng ngy Nãúu cọ âiãưu kiãûn, chụng ta hy nghiãn cỉïu thãm vãư âäüng cå Stirling âãø cọ thãø chãú tảo nhỉỵng âäüng cå Stirling hon thiãûn hån, våïi cäng sút v hiãûu sút cao hån TI LIÃÛU THAM KHO [1] Nguùn Bäún - Hong ngc Âäưng, Nhiãût ké thût, Nh xút bn Giạo dủc 1999 [2] Häư Sé Xn Diãûu, Nghiãn cỉïu l thuút v thiãút kãú chãú tảo âäüng cå Stirling máùu, Lûn ạn thảc sé khoa hc ké thût,  Nàơng - 2000 [3] Nguùn Táút Tiãún, Ngun l âäüng cå âäút trong, Nh xút bn Giạo dủc 2000 Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 72 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn [4] G Walker, Stirling - cycle machines, Nh xút bn Clarendon Press Oxford, 1973 [5] G.T Reader - C Hooper, Stirling engines, E & F.N Spon, London New york - 1983 [6] Website: http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/english/anime_a.htm http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/english/anime_c.htm http://www.Keveney.com/Vstirling.htm http://www.Keveney.com/stirling.htm http://www.Keveney.com/Ross.htm Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 73 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn Bïi V¨n C¶ng – Líp 98C4A Trang 74 ... MÄÜT VI MÄ HÇNH ÂÄÜNG CA ÂÄÜNG CÅ STIRLING Âãø hiãøu hån vãư âäüng cå Stirling ta hy xem xẹt mäüt säú hçnh nh âäüng ca âäüng cå Stirling sau âáy [6] 1.2.1.Âäün g cå Stirling kiãøu hai piston: Âäüng... theo ngỉåìi sạng chãú nọ, äng Robert Stirling Nàm 1816 [5], âäüng cå håi nỉåïc váûn hnh åí mi nåi, Robert Stirling â sạng chãú mäüt loải âäüng cå måïi- âäüng cå Stirling (hçnh 1.1) Âáy l loải âäüng... 98C4A Trang §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ ®éng c¬ Stirling ch¹y b»ng ngn ®iƯn NGHIÃN CỈÏU TÄØN G QUAN VÃƯ ÂÄÜN G CÅ STIRLING 1.1 GIÅÏI THIÃÛU Âäüng cå stirling l loải âäüng cå nhiãût kiãøu piston,