سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
در سال 1195/1816 قبل از این که حتی علم ترمودینامیک پیدا شده باشد، کشیشی اسکاتلندی به نام رابرت استرلینگ یک ماشین هوای داغ که می توانست مقداری از انرژی آزاد شده توسط سوخت احتراقی را به کار تبدیل کند، طراحی کرد و به ثبت رسانید...
عکس نویسنده
عکس نویسنده
نویسنده : فاطمه گودرزی
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

ماشین استرلینگ

در سال 1195/1816 قبل از این که حتی علم ترمودینامیک پیدا شده باشد، کشیشی اسکاتلندی به نام رابرت استرلینگ یک ماشین هوای داغ که می توانست مقداری از انرژی آزاد شده توسط سوخت احتراقی را به کار تبدیل کند، طراحی کرد و به ثبت رسانید. ماشین استرلینگ تا سال های زیادی مفید و مورد استفاده بود، ولی بالاخره با توسعه‌ی ماشین های بخار و ماشین های درون سوز متروک شد. مهندس کمپانی فیلیپس در هلند و کمپانی اتومبیل سازی فورد در حال اصلاح و تکمیل ماشین استرلینگ برای به کار گرفتن در اتومبیل ها هستند. ماشین استرلینگ دارای خروجی اندک و بازده زیاد در مقابل بارهای گوناگون است، ولی در عوض قیمت ساختن آن زیاد می شود.

ماشین استرلینگ
شکل الف

مراحل عمل ماشین نسبتا ایده آل استرلینگ، به طور نمایشی در شکل (الف) نشان داده شده است. دو پیستون یکی پیستون انبساط در سمت چپ و دیگری پیستون تراکم در سمت راست به یک میله متصل اند. وقتی که میله دوران می کند این پیستون ها به کمک اتصالات مناسب در فاز مخالف حرکت می کنند. فضای بین دو پیستون با گاز پر شده است و قسمت سمت چپ فضای مذکور به یک منبع داغ (سوخت در حال احتراق) وصل است، در حالی که قسمت سمت راست آن در تماس با یک منبع سرد است.

 بین دو بخش گاز دستگاه R موسوم به بازمولد قرار دارد که تشکیل شده است از یک بسته پشم فولاد یا یک رشته بازدارنده های فلزی که رسانش گرمایی آن ها به اندازه ای پایین است که می توانند اختلاف دمای بین دو انتهای گرم و سرد را بدون هدایت گرمایی قابل توجهی حفظ کنند. چرخه ی استرلینگ متشکل از چهار فرآیند است که طرح وار در شکل (الف) نشان داده شده اند و شامل تغییرات فشار و حجمی است که (با فرض وجود شرایط ایده آل) در نمودار PV شکل  (ب) رسم شده است.

ماشین استرلینگ
شکل ب
ماشین استرلینگهنگامی که پیستون سمت چپ در بالا قرار می گیرد، پیستون سمت راست تا نیمه ی راه به بالا می رود و گاز سرد را که در تماس با منبع سرد است متراکم می کند و بنابراین باعث خروج گرمایماشین استرلینگمی شود. این یک تراکم تقریبا هم دماست که به صورت یک فرآیند هم دمای کامل در دمایماشین استرلینگ در شکل  ب نشان داده شده است.
 

ماشین استرلینگ پیستون سمت چپ به پایین و پیستون سمت راست به بالا می رود، به طوری که هیچ گونه تغییری در حجم ایجاد نمی شود ولی گاز از طریق "باز مولد" از قسمت سرد به قسمت داغ رانده می شود و وارد قسمت سمت چپ که در دمای بالاتر ماشین استرلینگ قرار داردمی گردد. برای انجام این کار باز مولد گرمایماشین استرلینگ را به گاز می دهد. توجه کنید که فرآیند ماشین استرلینگ در شکل ب در حجم ثابت رخ می دهد.
 
ماشین استرلینگاکنون در حالی که پیستون سمت چپ که به منبع گرم وصل است به حرکت خود به سوی پایین ادامه می دهد، پیستون سمت راست ساکن باقی می ماند و باعث می شود که گاز دستخوش یک انبساط تقریبا هم دما شود که طی آن همان طور که در شکل  ب نشان داده شده است، گرمایماشین استرلینگ در دمای ماشین استرلینگ جذب می شود.

 

ماشین استرلینگهر دو پیستون در جهت مخالف یکدیگر حرکت می کنند و از این رو گاز را از طریق باز مولد از طرف داغ به طرف سرد می رانند و تقریبا همان مقدار گرمای ماشین استرلینگرا که در فرآیندماشین استرلینگ جذب شده بود به باز مولد پس می دهد. این فرآیند عملا در حجم ثابت صورت می گیرد.
ماشین استرلینگ

شکل ج

نتیجه ی خالص چرخه ی مذکور جذب گرمایماشین استرلینگدر دمای بالایماشین استرلینگ و دفع گرمایماشین استرلینگدر دمای پایینماشین استرلینگ و تحویل کار 

ماشین استرلینگبه محیط است که طی آن هیچ انتقال گرمای خالصی در این دو فرآیند با حجم ثابت صورت نمی گیرد. باید تاکید شود که شکل  ب بر این فرض ها استوار است که:
1) گاز کامل است.
 2) هیچ نشت گازی صورت نمی گیرد.
 3) هیچ گرمایی از طریق دیواره های سیلندر تلف و یا کسب نمی شود.
 4) هیچ گرمایی از داخل باز مولد جریان نمی یابد.
 5) هیچ اصطکاکی وجود ندارد.
نموداری که چرخه ی واقعی استرلینگ را نشان می دهد بیشتر شبیه به شکل شکل ج است. حتی اگر این شرایط ایده آل می توانستند در عمل تحقق یابند، باز هم مقداری گرما در دمای پایین تر،ماشین استرلینگ، دفع می شد و لذا همه یماشین استرلینگورودی نمی توانست به کار تبدیل شود.
 
مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه و تنظیم: فاطمه گودرزی
 

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین