4. THIẾT KẾ TÍNH TOÁN ĐỘNG cơ STIRLING 1 CÁC THÔNG SỐ THIET KECƠBAN
4.4.MÔI CHẤT CÔNG TÁC
Theo lý thuyết Schmidt, không có tính toán cụ thể nào có được từ đặc trưng vật lý của môi chất công tác trong thực tế, ngoại trừ tính chất nó là khí lý tưổng (nghĩa là tuân theo phương trình trạng thái khí lý tưổng PV = RT). Tuy nhiên, các giả thiết được xây dựng theo lý thuyết Schmidt, đó là việc sử dụng môi chất công tác là khí lý tưổng có các tính chất không có trong thực tế.
Giả thiết không có sự tổn thất do ma sát khí động học chỉ có thể đạt dược nếu môi chất công tác có độ nhớt bằng 0. Tương tự các giả thiết về một bộ hoàn nhiệt lý tưỏng và sự nén, sự giàn nỏ đẳng nhiệt chỉ cổ thể có được nếu môi chất công tác có được giá trị vô hạn về hệ só truyền nhiệt.
Vói các đặc trũng lý nhiệt yêu cầu, trong thực tế chỉ có 3 môi chất công tác được quan tâm nghiên cứu, dó là: không khí, khí Helium và khí Hydrozen.
Không khí được quan tâm chú ý vì nó có sẵn trong tự nhiên, khí Helium và khí Hydrozen được dùng do bỏi các đặc trưng lý nhiệt của chúng có thể cho phép một hệ só truyền nhiệt và dòng chảy cao, vỏi sự tổn thất dòng khí động lực học tương đói bé. Nếu xét về mặt hiệu suất động cơ, môi chất công tác dùng Hydrozen tót hơn Helium. Nếu xét về mặt kinh tế dùng Hydrozen cũng rẻ hơn Helium. Nhưng nhược điểm chính của Hydrozen là rất dễ cháy khi có không khí hoặc oxyzen.
Đối vdi động cơ có công suất cao và hiệu suất nhiệt cao, hoạt động ỏ áp suất và tóc độ cao (lổn hơn 2000 vòng/phút) cần phải dùng Hydrozen hoặc Helium làm môi chất công tác để có được hệ só truyền nhiệt và khói lượng môi chất cần thiết, vổi tổn thất dòng chấp nhận được. Tuy nhiên, vấn đề bao
íí/t /â/ nựÁ/êp &/i/ểỉ /kê đợềiự. fỹ//W/ếtạ e/ụiự ắíỉ/tạ ềỉỢỉỉSMỉ tĩĩệ/t
kín là rất khó. Mặt khác, hệ thống điều chỉnh cần thiết để thay đổi công suất động cơ là rất phức tạp; bổi vì chúng phải lắp thêm bể chứa, van, và cả một máy nén để thay đổi mức áp suất của động cơ trong khi vẫn duy trì lượng môi chất công tác không đối. Giá thành của các loại động cơ này rất cao, và khó có thể áp dụng đói vói động cơ tương đói lổn, mặc dù loại động cơ này có các ưu điểm là độ ồn nhỏ và ô nhiễm thấp.
Động cơ sử dụng không khí làm môi chất công tác, không thể đạt được hệ só truyền nhiệt cao và khói lượng môi chất công tác lón như ỏ dộng cơ sử dụng Hydrozen và Helium. Nhừng động cơ như vậy về cơ bản là các động cơ cổ lớn và nặng, có công suất đặc trùng và hiệu suất nhiệt thấp; tuy nhiên môi chất công tác có thể sẵn sàng được cấp bổ sung từ môi trưồng xung quanh. Vì vậy, sự bao kín và vấn đề vật liệu cơ bản bị loại bỏ; các động cơ có thể chế tạo đơn giản, rẻ tiền và đáng tin cậy. Động cơ sử dụng môi chất công tác là không khí có hiệu suất thấp, nên chủng không thể cạnh tranh với động cơ đốt trong khi áp dụng trong lĩnh vực ôtô và áp dụng vào các mục đích thông thưòng.
Tuy nhiên, một nhu cầu cần thiết và ngày càng tăng đói vói loại động cơ có công suất thấp (nhỏ hơn một mã lực), có độ tin cậy cao và hiệu suất trung bình, cổ khả năng hoạt động không cần bảo dưồng trong một thời gian dài. Ví dụ như các động cơ được yêu cầu để dẫn động các máy phát điện dùng cho các mục đích hàng hải, khí tượng và thông tin ..., thì việc sử dụng động cơ Stirling dùng môi chất công tác bằng không khí là hoàn toàn thích họp.
TOd íí/t /â/ nựÁ/êp Q/t/êỉ /hềđợềiự. fỹ//W/ếtạ e/ụiự ắíỉ/tạ ềỉỢỉỉSMỉ tĩĩệ/t
Hiệu suất so sánh của động cơ Stirling sử dụng các môi chất công tác khác nhau là: không khí, Hydrozen, và Helium được minh họa như ổ hình 4.7. Đây là đồ thị do ông Meijer đưa ra vào năm 1970.
Công suất riêng của động cơ
Hình 4.7. So sánh hiệu suất của cấc động cơ Stirỉing sử dụng môi chất công tấc là không khí, Helium và Hydrozen.
Đồ thị cho thấy sự liên hệ giữa hiệu suất nhiệt vói công suất riêng của động cơ ỏ các tóc độ khác nhau với 3 môi chất công tác khác nhau (không khí, Helium, và Hydrozen).
ở động cơ Stirling có công suất cao và tóc độ cao, động cơ Stirling có môi chất công tác sử dụng là Hydrozen thì tót hơn Helium, và tót hơn nhiều so với động cơ dùng môi chất công tác là không khí. Tuy nhiên, một điều rất
íí/t /â/ nựÁ/êp &/i/ểỉ /kê đợềiự. fỹ//W/ếtạ e/ụiự ắíỉ/tạ ềỉỢỉỉSMỉ tĩĩệ/t
quan trọng là ỏ tóc độ thấp và công suất riêng thấp, không có sự khác biệt lổn giữa việc sử dụng môi chất công tác bằng không khí so vói sử dụng Hydrozen và Helium. Do đó việc chọn lựa môi chất công tác là một quyết định quan trọng cần phải thực hiện ổ giai đoạn đầu của công việc thiết kế. Nếu dự định chế tạo một động cơ tóc độ cao, có hiệu suất cao thì phải dùng Hydrozen hoặc Helium, nhùng nếu cần loại động cơ tốc độ vừa và hiệu suất vừa phải thì nên sử dụng không khí làm môi chất công tác vì kết cấu đơn giản và giá thành chế tạo thấp.