Modelo de generador de motor Stirling, experimento de física, invención científica, Kit de bricolaje, motor de vapor educativo para entusiastas de la ciencia
SPECIFICATIONS
Applicable age: Teenagers (7-14 years old)
Material: Metal
Motivo: PHYSICS
Nombre de la marca: YUHEE
Número de modelo: Y-333
Origen: CN(Origen)
Packaging: carton
Producto químico de alta preocupación: Ninguno
Toy material: metal
brand: YUHEE
color: K333
item number: Y-333
place of origin: Fujian Province
Motor Stirling: Principio y mecanismo de trabajo
Acerca del motor Stirling
El motor Stirling fue propuesto por el Scot R. Stirling en 1816, de ahí su nombre.Cerca de la máxima eficiencia teórica, genera energía mediante expansión de gas cuando se calienta y se comprime cuando se enfría.Se trata de un motor de combustión externo que quema combustible continuamente, utilizando hidrógeno expandible evaporado (o amoníaco) como gas de trabajo para mover el pistón.El gas en expansión se enfría en la cámara fría y, al someterse repetidamente a este ciclo, puede proporcionar energía a la máquina externa.
Combustión externa
El combustible se quema continuamente fuera del motor, separado del gas de trabajo.
Alta eficiencia
Opera cerca de la máxima eficiencia teórica de los motores térmicos.
Gas de trabajo
Utiliza hidrógeno o amoníaco que se expande cuando se calienta y se contrae cuando se enfría.
(1) Expansión térmica y contracción de gases
Según la termodinámica, la materia con masa exhibe efectos de expansión y contracción térmica; por lo tanto, cuando se calienta el gas, se expande y, cuando se enfría, se contrae.
1.Cuando se calienta el gas: expansión
2.Cuando se enfría el gas: Contracción
Por lo tanto, si se puede producir gas para expandirse y contraerse repetidamente, se utiliza un tipo mecánico de movimiento alternativo para accionar el pistón.Por lo tanto, las cámaras de alta y baja temperatura se pueden diseñar de la siguiente manera:
1.Gas movido desde cámara fría a cámara caliente
El gas se expande y empuja el pistón.
2.Gas movido desde cámara caliente a cámara fría
El gas se contrae y el pistón se retrae.
(2) Mecanismo del cigüeñal y diferencia de fase
Después de un movimiento alternativo, el pistón se puede conectar a la manivela, convirtiendo el movimiento en forma rotacional, haciendo que el volante gire.
Para permitir el intercambio automático de gas en la cámara caliente, también conectamos el pistón desplazador a la manivela y el volante giratorio impulsa la operación de intercambio.
Debido a una diferencia de fase de 90 grados entre el gas y el pistón durante la expansión y contracción, el mecanismo debe funcionar sin problemas sin estancamiento.Los dos pasadores de manivela que conectan el pistón deben establecerse en una diferencia de ángulo de 90 grados.
(3) Ciclo de agitación
Basado en la idea anterior, Robert Stirling diseñó un mecanismo para un motor de ciclo de calor de este tipo, y este patrón de ciclo se llama el ciclo Stirling.Todo el ciclo Stirling básicamente resume los siguientes cuatro pasos del ciclo:
- Calefacción:Empuje el gas hacia la cámara caliente, provocando que el gas se expanda y aumente la presión dentro de la cámara.
- Expansión:Se empuja el pistón, impulsando el cigüeñal y el volante.
- Enfriamiento:El pistón de transferencia conectado al cigüeñal de 90 grados se acciona para girar, empujando el gas hacia la cámara de refrigeración.
- Compresión:El pistón se contrae, haciendo de la misma manera que el cigüeñal y el volante giren por inercia.El ciclo procede de esta manera.
En el ciclo podemos observar que los primeros y los terceros pasos son clave para la magnitud de la energía del ciclo.Para aumentar la magnitud de la energía del ciclo, es necesario elevar la temperatura de la cámara caliente y bajar la temperatura de la cámara fría.La diferencia de temperatura entre frío y calor intensifica las acciones de expansión y contracción, generando mayor presión.
Principio de funcionamiento detallado
La ilustración muestra un modelo simple de motor Stirling.El cilindro contiene una cierta cantidad de gas.Incluye dos pistones: el amarillo es el pistón desplazador y el verde oscuro es el pistón de potencia, ambos conectados al cigüeñal.
Toda la parte inferior del cuerpo del cilindro es la cámara de aire caliente y la parte superior es la cámara de aire frío.En primer lugar, la cámara de aire caliente se calienta hasta cierto punto, lo que le da al pistón una velocidad inicial.El pistón eléctrico se mueve hacia abajo, comprimiendo el gas en la cámara fría hacia la cámara caliente.El gas en la cámara caliente se expande debido al calentamiento, empujando el pistón hacia arriba.Cuando el gas llega a la cámara fría, se enfría y se contrae, provocando que el pistón se retraiga.Luego, el gas se comprime en la cámara caliente, creando un movimiento alternativo que genera energía.Este es el principio básico del motor Stirling.
Recordatorio de uso y seguridad
- Lea atentamente el manual de instrucciones antes de usarlo y preste atención al entorno circundante durante el funcionamiento.
- Por favor tome medidas de protección; para experimentos que involucran combustión, reactivos, etc., use equipos de protección como gafas y guantes para evitar quemaduras en la piel y la ropa.
- Los menores deben comprar y utilizar bajo la supervisión de un tutor.
- Después del experimento, complete el trabajo de seguimiento y guarde las herramientas experimentales fuera del alcance de los niños.
