【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 功燃料在氣缸外的燃燒室內(nèi)連續(xù)燃燒，通過(guò)加熱器傳給工質(zhì)，工質(zhì)不直接 參與燃燒，也不更換。已設(shè)計(jì)制造的熱氣機(jī)有多種結(jié)構(gòu)，可利用各種能源，已在航天、陸上、水上和水下等各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。試驗(yàn)熱氣機(jī)的功率傳遞機(jī)構(gòu)分為曲柄連桿傳動(dòng)、菱形傳動(dòng)、斜盤(pán)或擺盤(pán)傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和自由活塞傳動(dòng)等。 斯特林熱氣機(jī)在理論上具有卡諾循環(huán)的效率，在實(shí)際應(yīng)用中要達(dá)到這種效率卻相當(dāng)困難。即使要達(dá)到相同容積的柴油機(jī)效率，工質(zhì)也必須在 10MPa和 700。 C 以上的高溫高壓下工作。提高斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)效率的關(guān)鍵就是要對(duì)熱交換器性能、耐壓耐熱材料以及密封潤(rùn)滑技術(shù)作進(jìn)一步的改善。其中熱交換器的性能和工質(zhì)的密封對(duì)熱氣機(jī)的特性有 著決定性的影響，是極為重要的研究課題。 影響熱交換器性能的幾個(gè)主要因素：工質(zhì)的流動(dòng)、傳熱以及熱交換器的效率。熱交換器的性能受到各種因素的影響，如壓力、溫度、容積、材料的導(dǎo)熱性能，幾何形狀、布置方式、工質(zhì)的性質(zhì)和流動(dòng)損失等。而這些因素又相互影響，使熱交換過(guò)程的機(jī)理復(fù)雜化。迄今為止，尚無(wú)成熟的計(jì)算理論。 熱氣機(jī)具有很多其他動(dòng)力機(jī)械沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，多種能源的高度適應(yīng)性；優(yōu)良的環(huán)境特性；低負(fù)荷下的高效率；可靠性高和維修成本低。能用各種能源，無(wú)論是液態(tài)的、氣態(tài)的或固態(tài)的燃料，當(dāng)采用載熱系統(tǒng) (如熱管 )間接加熱時(shí)，幾乎可以使 用任何高溫?zé)嵩?(太陽(yáng)能放射性同位素和核反應(yīng)等 )，而發(fā)動(dòng)機(jī)本身 (除加熱器外 )不需要作任何更改。同時(shí)熱氣機(jī)無(wú)需壓縮機(jī)增壓，使用一般風(fēng)機(jī)即可滿(mǎn)足要求，并允許燃料具有較高的雜質(zhì)含量。熱氣機(jī)實(shí)際循環(huán)效率哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 3 較高，已接近柴油機(jī)，排氣中有害成分較少，噪聲較低。因燃料是在較多的過(guò)量空氣下連續(xù)燃燒的，熱氣機(jī)無(wú)需氣門(mén)機(jī)構(gòu)，無(wú)爆炸燃燒，運(yùn)行平穩(wěn)振動(dòng)小。熱氣機(jī)在很寬的速度范圍內(nèi)具有良好的扭矩特性，適于車(chē)輛使用，曲軸每轉(zhuǎn)的扭矩均勻度小，潤(rùn)滑油消耗量也少。 此外熱氣機(jī)在運(yùn)行時(shí)，由于燃料在氣缸外的燃燒室內(nèi)連續(xù)燃燒，獨(dú)立于燃?xì)獾墓べ|(zhì)通過(guò)加熱器 吸熱，并按斯特林循環(huán)對(duì)外做功，因此避免了類(lèi)似內(nèi)燃機(jī)的震爆做功和間歇燃燒過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)了高效、低噪和低排放運(yùn)行。高效：總能效率達(dá)到 80%以上；低噪： 1 米處裸機(jī)噪音底于 68dBA；低排放：尾氣排放達(dá)到歐 5 標(biāo)準(zhǔn)。 熱氣機(jī)單機(jī)容量小，機(jī)組容量從 20－ 50kw，可以因地制宜的增減系統(tǒng)容量。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件數(shù)比內(nèi)燃機(jī)少 40％，降價(jià)空間大，同時(shí)維護(hù)成本也較低。 但是熱氣機(jī)還有其自身急需解決的問(wèn)題，一直未進(jìn)入批量化生產(chǎn)，制造成本高；負(fù)荷調(diào)節(jié)響應(yīng)慢。工質(zhì)密封技術(shù)較難，密封件的可靠性和壽命還存在問(wèn)題，功率調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)較復(fù)雜 ，機(jī)器較為笨重。 熱氣機(jī)的發(fā)展歷史 及趨勢(shì) 最初的 熱氣機(jī)主要用于礦山水泵的驅(qū)動(dòng)等，希望其能替代蒸汽機(jī)，但在問(wèn)世后的幾十年內(nèi)由于受當(dāng)時(shí)條件的限制，功率和效率都很低，被晚發(fā)明半個(gè)世紀(jì)的內(nèi)燃機(jī)所淘汰。在 20 世紀(jì) 70 年代，世界范圍內(nèi)爆發(fā)的石油危機(jī)使人們重又想到了熱氣機(jī)，而此時(shí)新材料、新工藝的水平已可保證熱氣機(jī)在高水平方向上發(fā)展。時(shí)至今日，通過(guò)逐步的技術(shù)改進(jìn)，熱氣機(jī)已在一些領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用，其在一些特殊領(lǐng)域 (如太陽(yáng)能熱發(fā)電、家用微型熱電聯(lián)供裝置等 )體現(xiàn)出的能力正使其得到越來(lái)越多的重視，熱氣機(jī)借助于新技術(shù)和新材 料，已脫胎換骨成為一種新型的能量轉(zhuǎn)化裝置。 自從 1816 年斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)以來(lái)，已經(jīng)經(jīng)歷了近 200 年的發(fā)展歷史，無(wú)數(shù)人為熱氣機(jī)的發(fā)展貢獻(xiàn)著他們的青春和汗水。 1816 年 Robert Stirling 發(fā)明了閉式循環(huán)熱氣機(jī)， 1851 年 John Ericssion 制哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 4 造成功了 44。 4KW 的外燃式開(kāi)式循環(huán)熱氣機(jī)， 1953 年缸徑 4。 26m 的超大型熱氣機(jī)，總功率達(dá) 220KW，效率 13%，裝在了 20xxT 的明輪船上， 1916年最后一臺(tái)老式熱氣機(jī)出廠(chǎng)。 1937 年 荷蘭菲利普公司開(kāi)始了現(xiàn)代熱氣機(jī)的研究和開(kāi)發(fā)，改公司設(shè)計(jì)了幾十 種型號(hào)的熱氣機(jī)，并對(duì)熱氣機(jī)技術(shù)做了一些根本性的改革，使得斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和功率大幅度提高 ，讓熱氣機(jī)在各種性能上得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。菲利普公司的創(chuàng)新主要在于，采用了菱形傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，保證活塞和活塞桿的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，從而解決了密封的一些問(wèn)題，更進(jìn)一步的是，在工質(zhì)上，他們采用了氫氣或氦氣為工質(zhì)，傳熱性提高，比重和粘度降低，從而顯著的提高了惹交換器的效率。菲利普公司還發(fā)明了襪套式密封裝置，該裝置的創(chuàng)新為研究高效密封裝置開(kāi)辟了新的方向。后來(lái)很多從事斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)研究的公司大部分與菲利普公司有淵源。 1958 年，美國(guó)通用發(fā)動(dòng)機(jī)公 司研制成功了衛(wèi)星用太陽(yáng)能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組，還研制了軍用 3 千瓦輕便式無(wú)聲發(fā)電機(jī)組，其聲音在 35 米外幾乎聽(tīng)不到，性能優(yōu)越。 1972 年， 美國(guó)福特汽車(chē)公司于菲利普合作研制了車(chē)用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為 72。 3 馬力，最低油耗僅為 159 克 /馬力每小時(shí)。 1968 年，瑞典私營(yíng)科克姆造船廠(chǎng)于國(guó)營(yíng)軍用工廠(chǎng) FFV 組成了聯(lián)合斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)公司。該公司研究進(jìn)度較快，很快研制了 P P7 P150、 U4P95等型號(hào)，其中最成功的是 U4P95，其為雙曲軸傳動(dòng)的四缸并列雙作用式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，功率為 55 馬力，轉(zhuǎn)速為 4000r/min。 1976 年，日本船舶技術(shù)研究所、日本造船研究會(huì)和日本活塞環(huán)公司開(kāi)式研究船用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，研制的樣機(jī)為四缸直列式，功率為 800 馬力。 1978年，日本精機(jī)公司研制了功率為 50 千瓦的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。 之后英國(guó)、法國(guó)、加拿大和前蘇聯(lián)等國(guó)家，也開(kāi)始了對(duì)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的研制工作。 20xx 年 8 月 Edison International 公司和 SES 公司簽訂 20 年采購(gòu)協(xié)議，哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 5 將建造世界上最大的超過(guò) 20xx0 個(gè)太陽(yáng)能光碟列陣，占地達(dá) 18 平方公里，具備 500MW 發(fā)電能力的太陽(yáng)能綠色發(fā)電站，這是斯特林在商業(yè)發(fā)電領(lǐng)域的第一次大規(guī)模應(yīng)用。 20xx 年 10 月 SES 與 SDGamp。E公司簽訂了提供 300900MW 太陽(yáng)能電力的合同，該發(fā)電廠(chǎng)將由在大約 3 平方英里的 120xx 個(gè)斯特林太陽(yáng)能光碟組成。 我國(guó)于上世紀(jì) 70 年代 中期 開(kāi)始斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的研究，起步較晚， 1981年某研究所研制了 200W 的試驗(yàn)機(jī)，成功演示了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程。1982 年 8 月，中國(guó)內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)和國(guó)家科委攻關(guān)局在上海召開(kāi)了 “內(nèi)燃機(jī)攻關(guān)項(xiàng)目選題專(zhuān)家座談會(huì) ”，會(huì)議確定斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)和電子控制內(nèi)燃機(jī)這三個(gè)項(xiàng)目為主要研究項(xiàng)目。 1984 年 6 月，第二屆國(guó)際斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)議在 上海舉行，使得我國(guó)斯特林的研究不斷進(jìn)步。 1984 年底，沈岳瑞等人在舊金山 IECEC(美國(guó)主辦的能源會(huì)議 )會(huì)議上聯(lián)合發(fā)表《斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)用于發(fā)展中國(guó)家實(shí)現(xiàn)農(nóng)村電氣化》的論文，得到國(guó)際同行的廣泛贊同。在以后的會(huì)議中成為斯特林應(yīng)用前景的討論熱點(diǎn)之一。在 711 研究所任職期間，沈岳瑞還創(chuàng)立我國(guó)第一個(gè)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī) (熱氣機(jī) )實(shí)驗(yàn)室。 711 研究所之后再斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的研究上發(fā)展較快，在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域獲得了突出的成績(jī)，在國(guó)內(nèi)外處于領(lǐng)先地位。 經(jīng)歷了數(shù)十年的研究和開(kāi)發(fā)，熱氣機(jī)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)已完全具備走出實(shí)驗(yàn)室、走 向?qū)嵱玫臈l件。具體而言，其標(biāo)志是關(guān)鍵技術(shù)均已取得突破，應(yīng)用研究也已取得積極的成果。在技術(shù)上，熱氣機(jī)性能分析技術(shù)，燃燒技術(shù)，熱交換器技術(shù)，密封技術(shù)，傳動(dòng)技術(shù)，功率控制技術(shù)等日益完善。 熱氣機(jī)的未來(lái)發(fā)展將更多的應(yīng)用新材料 (如陶瓷 )和新工藝，以降低造價(jià)；對(duì)實(shí)際循環(huán)進(jìn)行理論研究，完善結(jié)構(gòu)，提高性能指標(biāo)；在應(yīng)用方面，正大力研究汽車(chē)用的大功率燃煤熱氣機(jī)、太陽(yáng)能熱氣機(jī)和特種用途熱氣機(jī)等。 未來(lái)不同應(yīng)用領(lǐng)域熱氣機(jī)的發(fā)展方向主要有三個(gè) 太陽(yáng)能發(fā)電 對(duì)于太陽(yáng)能發(fā)電用熱氣機(jī)，由于一般都安裝在邊遠(yuǎn)地區(qū)，維護(hù)相當(dāng)困難，哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 6 因此可靠性和 維修性：將是首先要考慮的因素。其次，重量要求比較輕，有利于簡(jiǎn)化聚光器支撐和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，還需要完全自動(dòng)控制。因此自由活塞式熱氣機(jī)將是首選的形式。工質(zhì)可以使用氫氣，工質(zhì)的補(bǔ)充可以采用電解水產(chǎn)氫裝置。采用與蓄電池并聯(lián)的浮充電方式，可簡(jiǎn)化控制要求。 分布式發(fā)電系統(tǒng) 對(duì)于分布式發(fā)電系統(tǒng)用熱氣機(jī)，首先應(yīng)設(shè)法降低成本，必須作到 4000 元/KW 以下。并且應(yīng)使用方便，自動(dòng)化程度高，無(wú)須專(zhuān)人值守。還應(yīng)足夠可靠，大修期應(yīng)不低于 8000 小時(shí)，壽命不低于 24000 小時(shí)。由于采用以熱定電運(yùn)行模式，因此，發(fā)電熱效率不是主要的追求目標(biāo) ，可以通過(guò)降低加熱器工作溫度、采用普通不銹鋼材料來(lái)降低成本。 3 水下動(dòng)力系統(tǒng) 對(duì)于水下用熱氣機(jī)，滿(mǎn)足安全的要求是第一位的，因此，必須采取有效措施防止氧氣的泄漏；同時(shí)，綜合考慮安全性和高性能的要求，熱氣機(jī)的工質(zhì)也只能用氦氣。必須注重可靠性的提高，可靠性直接影響裝備的在航率和維護(hù)成本，通過(guò)適當(dāng)?shù)木S護(hù)，起碼應(yīng)保證 MTBF≥20xx 小時(shí)。 本文的目的和意義 隨著全球能源與環(huán)保的形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，熱氣機(jī)由于其具有多種能源的廣泛適應(yīng)性和優(yōu)良的環(huán)境特性已越來(lái)越受到重視，所以，在水下動(dòng)力、太陽(yáng)能動(dòng)力、空間站動(dòng)力、熱泵 空調(diào)動(dòng)力、車(chē)用混合推進(jìn)動(dòng)力等方面得到了廣泛的研究與重視，并且已得到了一些成功的應(yīng)用。 但是熱氣機(jī)的測(cè)試手段和水平仍然還比較簡(jiǎn)單，很多過(guò)程中的量難以測(cè)量，這些很大程度上影響了熱氣機(jī)技術(shù)的發(fā)展。 本文的目的是研究熱氣機(jī)的運(yùn)行全過(guò)程，對(duì)其進(jìn)行數(shù)值仿真，分析在動(dòng)態(tài)過(guò)程中溫度、配氣活塞厚度等對(duì)熱氣機(jī)效率的影響。 以往研究熱氣機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的仿真中，沒(méi)有對(duì)工作過(guò)程有很深的分析，本文將 在 對(duì)熱氣機(jī)整個(gè)工作過(guò)程進(jìn)行模擬， 對(duì)熱氣機(jī)運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬 ，為提高熱氣機(jī)效率提供參考。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 7 本文的主要工作 本文的主要工作是以熱氣機(jī) 、熱 力學(xué)和流體力學(xué) 的理論基礎(chǔ)為基礎(chǔ)， 并在研究熱氣機(jī)工作過(guò)程理論的基礎(chǔ)上，對(duì) 模型熱氣機(jī)進(jìn)行 仿真 研究，然后結(jié)合 GAMBIT 和 FLUENT 等軟件模擬熱氣機(jī)運(yùn)行， 運(yùn)用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，將熱氣機(jī)工作過(guò)程形象的表達(dá)出來(lái)，最后對(duì)其進(jìn)行性能分析，研究提高熱氣機(jī)效率的方法和途徑。 具體的工作內(nèi)容包括以下方面： 學(xué)習(xí)熱氣機(jī)的基本工作原理，分析影響熱氣機(jī)效率的各個(gè)因素。 建立熱氣機(jī)模型，并運(yùn)用 GMBIT 及 FLUENT 對(duì)其處理。 運(yùn)用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)模擬熱氣機(jī)運(yùn)行 過(guò)程 。 在 FLUENT 動(dòng)網(wǎng)格模擬后，對(duì) 影響熱氣機(jī)效率的因素分別 進(jìn)行分 析和計(jì)算，進(jìn)行數(shù)值 分析 。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 8 第 2 章 斯特林 發(fā)動(dòng)機(jī) 基本工作原理 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的種類(lèi)多種多樣，經(jīng)過(guò)前人的努力，效率愈見(jiàn)提高，斯特林對(duì)于熱力學(xué)理論的研究，就是從提高熱機(jī)效率的目的出發(fā)的。他所提出的斯特林循環(huán)的效率，在理想狀況下，可以無(wú)限提高。當(dāng)然受實(shí)際可能的限制，不可能達(dá)到 100％，但提供了提高熱效率的努力方向。 斯特林循環(huán) 斯特林循環(huán)是熱氣機(jī)的理想循環(huán)，是一個(gè)高度理想化 的熱力過(guò)程。它由兩個(gè)定溫過(guò)程 (定溫壓縮和 定溫膨脹 )和兩個(gè)定容回?zé)徇^(guò)程 (定容吸熱和 定容放熱 )所組成。這四個(gè) 工作 過(guò)程如圖 所示。 過(guò) 程 1—2 為定溫壓縮過(guò)程。工質(zhì)的容積從 V1 被壓縮至 V2： 過(guò)程中工質(zhì)向冷源放熱，以保持溫度 TC 不變， 但 工質(zhì)壓力升高。 過(guò)程 2—3 為定容吸熱過(guò)程。過(guò)程中工質(zhì) 容積 保持不變，但低溫工質(zhì)經(jīng)過(guò)回?zé)崞餮b置并吸取其熱量?？梢园鸦?zé)崞髟O(shè)想成是一塊交替地放熱和吸熱的熱力海綿。于是工質(zhì)溫度從了 TC 升高到 TB，工質(zhì)壓力也升高。 過(guò)程 3—4 為定溫膨脹過(guò)程。過(guò)程中工質(zhì)膨脹并從熱源不斷吸取熱量，使工質(zhì)溫度 TE 維持不變，但壓力下降。 過(guò)程 4—1 為定容放熱過(guò)程。工質(zhì)在容積不變的情況下將熱量釋放給回?zé)崞?，工質(zhì)的溫度相壓力均下降拉回復(fù)到始點(diǎn)狀態(tài)。 至此，一個(gè)循環(huán)完成了。由于工質(zhì)流過(guò)回?zé)崞鬟M(jìn)行熱交換是在定容遠(yuǎn)程中完成的，所以，有時(shí)又將斯特林循環(huán)稱(chēng)為定容回?zé)嵫h(huán)。 為了進(jìn)行比較，在圖 1 中還示明了卡諾循環(huán)?？ㄖZ循環(huán)是由兩個(gè)定溫過(guò)程 (圖中的 l—2’和 3—4’)和兩個(gè)絕熱過(guò)程 (2’ —3 和 4’—1)所組成的可逆循環(huán)?？ㄖZ循環(huán)的熱效率僅與熱源和冷源的溫度有關(guān)，與工質(zhì)的性質(zhì)和熱機(jī)的類(lèi)型等無(wú)關(guān)。從熱力學(xué)的觀點(diǎn)看，卡諾循環(huán)是最有利的一種熱力循環(huán)，具有最高的熱效率。在冷源與熱源的溫度比值相同的情況下，任何一種熱機(jī)的循環(huán)效 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 9 圖 斯特林循環(huán)與卡諾循環(huán)的比較 率都不 可 能 高于卡諾 循環(huán)的 效率。斯特林循環(huán)與卡諾 循環(huán)的共同特點(diǎn)是；兩者的壓縮過(guò)程和膨脹過(guò)程都是在定溫條件 下完成的，不同的是其余的兩個(gè)過(guò)程。斯 特林循環(huán)在極限回?zé)岬那闆r下，其定容 放熱過(guò)程 4—l所釋放的熱量與定 容吸熱過(guò)程 2—3 所吸收購(gòu)熱量相等 ，于 是其效果和卡諾循 環(huán)的兩個(gè)絕熱過(guò)程相當(dāng)。所以，在相同的循環(huán)溫度比條件下，斯特林循環(huán)熱效率與卡諾循環(huán)熱效率相同。 在 P—V 圖 中，由循環(huán)過(guò)程所組成的面積表示循環(huán)功的大小。斯特林循環(huán)優(yōu)于卡諾循環(huán)的地方，是它用兩個(gè)定容回?zé)徇^(guò)程代替卡諾循環(huán)的兩個(gè)絕熱過(guò)程。斯特林循環(huán)的定溫過(guò)程線(xiàn) l—2 和 3—4 是 由卡諾循環(huán)的 1—2’和 3—4’延伸而來(lái)的，結(jié)果大大增加了斯特林循環(huán)功圖的面積。從圖 l—2 可見(jiàn)，在給定的壓力、溫度 和容 積界限下，斯特林循環(huán)的循環(huán)功 (面積 1—2—3—4—1)比卡諾循環(huán)功 (面積 1—2’—3—4’—1)要大。 P 一 V 圖中的陰影面積代表斯特林 循環(huán)比卡諾循環(huán)增加的功， T—S 圖中的陰影面積則代表斯特林循環(huán)比卡諾循環(huán)需要增加的熱量。輸入熱量增加了，但輸出功也相應(yīng)增加，其輸入熱量轉(zhuǎn)換為功的比例 (即熱效率 )仍與卡諾熱效率相同。 由平均指示壓力來(lái)分析，在循環(huán)壓力和溫度相同的情況下， 目前已試制成的熱氣機(jī)中，每升氣證工 作哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 10 容 積能產(chǎn)生 150KW 的功率，而目前內(nèi)燃機(jī)是難以達(dá)到的。 熱氣機(jī)的工作原理 根據(jù)斯特林循環(huán)來(lái)工作的熱氣機(jī) 的結(jié)構(gòu)是多種多樣的，然而 工作原理都是相同的 ，他們的基本結(jié)構(gòu)都包括一個(gè)熱源、一個(gè)冷源、一個(gè)熱腔、一個(gè)冷腔、一個(gè)動(dòng)力活塞和一個(gè)配氣活塞等。圖 所示 就 是熱氣機(jī)的循環(huán)系統(tǒng)及其動(dòng)作過(guò)程。 圖中的熱氣機(jī) 系統(tǒng)由一個(gè)裝有兩個(gè)活塞的氣缸構(gòu)成，兩個(gè)活塞 之 間沒(méi)有回?zé)崞?。回?zé)崞髟谝粋€(gè)循環(huán)中交替 地從工質(zhì)吸收熱能和向工質(zhì)釋 放出熱能，回?zé)崞鲀蓚?cè)由活塞和氣缸組成的腔室 分別形成熱腔和冷腔 。這兩個(gè)腔室的容積變化分別由 配氣活塞控 制，膨脹腔處設(shè)置有使工質(zhì)做 等溫膨脹的加熱器 H，對(duì)工質(zhì)加熱使其保持高溫 Tmax，在壓縮腔處設(shè)置有能將壓縮熱從被壓縮的工質(zhì)中導(dǎo)出的冷卻器 C，住在冷腔的工質(zhì)保持低溫 Tmin。并假設(shè)氣缸中沒(méi)有工質(zhì) 泄漏 的問(wèn)題 ，回?zé)崞?的 效率等于 I，即在 各個(gè) 方向上的導(dǎo)熱為零， 并且活塞運(yùn)動(dòng)中無(wú)摩擦損失。熱氣機(jī)的工作過(guò)程 可以描述 如下： 1)等溫壓縮過(guò)程， 循環(huán)開(kāi)始時(shí)， 動(dòng)力活塞處于下 止點(diǎn)，此時(shí)冷 腔容 積最大， 配氣活塞處于上 止點(diǎn) ， 此時(shí) 熱腔容 積為零，全部工質(zhì)都集中在 冷 腔，工質(zhì)溫度為最低循環(huán)溫度 Tmin。，壓力也最低 。在壓縮過(guò)程 1—2 中， 配氣活塞向 止點(diǎn) 移動(dòng)， 動(dòng)力 活塞保持不動(dòng) ，此時(shí)系統(tǒng)容積縮小，工質(zhì)在冷腔內(nèi)受到壓縮，壓力增加，直到動(dòng)力活塞移動(dòng)到上 止點(diǎn)前一定距離后，壓縮過(guò)程結(jié)束，如圖中 2 位置所示，此時(shí)壓縮產(chǎn)生的熱量 Qc 由冷卻器被排到外面去，而使工 質(zhì)溫度保持不變。 2)在等容加熱過(guò)程 2 一 3 中，活塞位置 從 2 開(kāi)始，兩個(gè)活塞同時(shí)運(yùn)動(dòng)，其中動(dòng)力活塞繼續(xù)向上止 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，直到緊靠回?zé)崞?為止 ， 冷腔 容積為零， 配氣活塞向下 止點(diǎn)方向移動(dòng)， 所以?xún)蓚€(gè)活塞之間的容積保持不變。此時(shí)，工質(zhì)通 過(guò) 回?zé)崞鲝睦淝晦D(zhuǎn)移到熱 腔。工質(zhì)通過(guò)問(wèn)熱器時(shí)吸收熱量，溫度從 Tmin上升到 Tmax，并流入熱腔中。由于工 質(zhì)通過(guò)回 熱器而使溫度提高，又是在哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 11 等容條件下進(jìn)行的，因而導(dǎo)致了壓力也增加。 3)在等溫膨脹工作過(guò)程 3—4 中，動(dòng)力活塞在下止點(diǎn)保持不動(dòng)并緊靠回?zé)崞?，此時(shí)配氣活塞繼續(xù)朝著背離回?zé)崞鞣较?，向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，結(jié)果系統(tǒng)容積逐漸增大．壓力下降，直到配氣活塞移動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)過(guò)程結(jié)束。此時(shí)系統(tǒng)容積從最小值擴(kuò)大到最大值，為了實(shí)現(xiàn)等溫膨脹，加熱器向工質(zhì)加熱 QB；以便使工質(zhì)溫度保持不變。 4)在等容冷卻過(guò)積 4—1 中，兩個(gè)活塞又同時(shí)運(yùn)動(dòng)， 動(dòng)力活塞向