斯特林(物理學家)

人物簡介

斯特林（Robert Stirling），英國物理學家，熱力學研究專家。斯特林對於熱力學的發展有很大貢獻。他的科學研究工作主要是熱機。熱機的研製工作，是18世紀物理學和機械學的中心課題，各種各樣的熱機殊涌而出，不斷互相借鑑，取長補短，熱機製造業興旺起來，工業革命處於高潮時期。

斯特林循環

隨著熱機發展，熱力學理論研究提到了重要位置，不少科學家致力於熱機理論的研究工作，斯特林便是其中著名的一位。他所提出的斯特林循環，是重要的熱機循環之一，亦稱“斯特林熱氣機循環”。這種循環，是封閉式的，採用定容下吸熱的氣體循環方式。循環過程是：①等容吸熱加熱；②由外熱源等溫加熱；③等容放熱，供吸熱用；④向冷體等溫放熱，完成一個循環。在理想吸熱的條件下，這種循環的熱效率，等於溫度上下限相同的卡諾循環。利用這種循環的“斯特林熱機”，具有很多特點，如採用外燃，或外熱源供熱等。由於這種循環是封閉式循環，可採用傳熱性能好的工質，同時，工質的腐蝕性也可以很小，如氮氣、氫氣等氣體。充入的氣體工質，還可以加大壓力，視封閉系統的情況，能夠採用遠遠大於大氣壓力的高壓氣體工作，這樣可以提高發動機的單位重量的功率，減小發動機的體積和重量。斯特林熱機在逆向運轉時，可以作為制冷機或熱泵機，這種構想在現代已進入了實用研究階段。

斯特林循環熱空氣發動機不排廢氣，除燃燒室內原有的空氣外，不需要其他空氣，所以適用於都市環境和外層空間。

循環過程

公式中W 為輸出的淨功；Q1為輸入的熱量。根據這個公式，只取決於T1和T2，T1越高、T2越低時，則越高，而且等於相同溫度範圍內的卡諾循環熱效率。因此，斯特林發動機是一種很有前途的熱力發動機。斯特林循環也可以反向操作，這時它就成為最有效的制冷機循環。

斯特林循環可以分為4個過程：

①定溫壓縮過程:配氣活塞停留在上止點附近，動力活塞從它的下止點向上壓縮工質，工質流經冷卻器時將壓縮產生的熱量散掉，當動力活塞到達它的上止點時壓縮過程結束。

②定容回熱過程:動力活塞仍停留在它的上止點附近,配氣活塞下行，迫使冷腔內的工質經回熱器流入配氣活塞上方的熱腔，低溫工質流經回熱器時吸收熱量，使溫度升高。

③定溫膨脹過程：配氣活塞繼續下行，工質經加熱器加熱，在熱腔中膨脹，推動動力活塞向下並對外作功。④定容儲熱過程：動力活塞保持在下止點附近，配氣活塞上行，工質從熱腔經回熱器返回冷腔，回熱器吸收工質的熱量，工質溫度下降至冷腔溫度。

在理論上，定容儲熱量等於回熱量，其循環效率等於卡諾循環效率。兩個活塞的運動規律是由菱形傳動機構來保證的。

斯特林熱機

熱氣機（即斯特林發動機）的理想熱力循環，它是由兩個定容吸熱過程和兩個定溫膨脹過程組成的可逆循環，而且定容放熱過程放出的熱量恰好為定容吸熱過程所吸收。熱機在定溫(T1)膨脹過程中從高溫熱源吸熱，而在定溫(T2)壓縮過程中向低溫熱源放熱。

18世紀末和19世紀初，熱機普遍為蒸汽機，它的效率是很低的，只有3%一5%左右，即有95%以上的熱能沒有得到利用。到1840年，熱機的效率也僅僅提高到8%。斯特林對於熱力學理論的研究，就是從提高熱機效率的目的出發的。他所提出的斯特林循環的效率，在理想狀況下，可以無限提高。當然受實際可能的限制，不可能達到100%，但提供了提高熱效率的努力方向。

斯特林(物理學家)

基本介紹

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斯特林循環

循環過程

斯特林熱機

發動機模型

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