Энергоагрегат с низкотемпературным двигателем Стирлинга и вихревой трубой. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Преобразование низкотемпературной тепловой энергии в промышленное тепло возможно с использованием теплового насоса или двигателя, работающего по циклу Стирлинга. Тепловые насосы с циклом Стирлинга широко освещены в литературе; здесь рассматривается использование вихревой трубы, позволяющее за счет эффекта Ранка-Хилша получить тепло достаточной для обогрева температуры и холод для холодильных установок.

Общая схема установки показана на рис. 2.4.1. В качестве теплоисточника может использоваться теплота сточных вод, теплота водоемов, теплота земли (скважин). Передача тепла в нагретую часть двигателя Стирлинга осуществляется тепловой трубой. Охладителем является низкотемпературная среда - зимой атмосферный воздух, летом - запасенная ледяная масса.

В качестве двигателя с циклом Стирлинга могут быть использованы свободнопоршневая машина Била (Beale) или двигатель с приводной мембраной. Характеристики таких двигателей отличаются от двигателей с кривошипно-шатунным механизмом; они полностью герметичны, что позволяет использовать практически любые рабочие тела.

Рис.2.4

Двигатель рис. 2.4.2. состоит из трех основных элементов: тяжелый рабочий поршень, легкий вытеснитель и цилиндр с уплотнениями. Рабочая полость находится над поршнем и разделяется на полость сжатия между рабочим поршнем и вытеснителем и полость расширения - над вытеснителем. Полость расширения взаимодействует с нагревателем, полость сжатия с холодильником.

Двигатель (в настоящей схеме) используется как газовый компрессор, т.е. колеблющийся рабочий поршень выполняет также роль поршня компрессора. Выполненные исследования двигателя такого типа (Agbi, 1971) показали его вполне удовлетворительную работу рис.

Еще более перспективным для данной схемы является двигатель компрессор мембранного типа с абсолютной герметизацией двигательной полости.

Анализ термодинамической эффективности цикла низкотемпературного двигателя Стирлинга в сравнении с обычными условиями выявляет, как и ожидалось, низкие рабочие параметры: так при температуре нагревателя - 300 К и температуре охладителя - 250 К, термический к.п.д. цикла составляет лишь 17%, но с учетом того, что здесь перерабатывается бросовое низкотемпературное возобновляемое тепло, система становится вполне конкурентоспособной.

Рис.2.4.2. Двигатель Стирлинга свободно поршневого типа (схема Била, Beale W.): 1. Тепловая труба нагревателя; 2. Нагреватель; 3. Вытеснитель; 4. Корпус; 5. Охладитель; 6. Шток втеснителя; 7. Поршень; 8. Выход сжатого воздуха; 9. Вход воздуха; 10. Тяжелый поршень; 11. Картер

Особый интерес представляет использование в двигателе двухфазного рабочего тела. Теория двигателя Стирлинга показывает, что для повышения удельной мощности двигателя необходимо повышение среднего давления рабочего процесса. Отношение рабочих объемов у таких двигателей редко превышает 2-2,5 и изменения давления всецело определяется этими цифрами. При нижнем давлении, равном или близком к атмосферному, верхнее давление не превышает 0,3-0,5 МПа. Однако двухфазные рабочие тела - например (Бутадиен-1,3, температура кипения которого - 4,4°C; аммиак - 33°C; цис- и транс-Бутен-2 соответственно +3 и 0°C и др.) позволяют получить более высокое среднее давление цикла.

Для любого рабочего тела удельный объем жидкости значительно меньше объема насыщенного пара. С повышением среднего давления увеличивается выходная мощность и улучшается теплопередача при прохождении процессов испарения и конденсации.

Таким образом, при использовании двухфазного рабочего тела возможно повышение рабочей мощности в 2-3 раза при тех же температурных пределах.

Известные преимущества двигателя Стирлинга - бесшумность работы, отсутствие вредных эмиссий, герметичность, отсутствие вибраций являются особо ценными в данной схеме, так как позволяют разместить энергоблок в непосредственной близости к жилому помещению.

Вихревая труба является сегодня наиболее простым и изученным инструментом для одновременного получения тепла и холода. Соотношение между горячими и холодными потоками газа достаточно просто регулируется, т.е. зимой большая часть энергии тратится на обогрев, летом - на охлаждение.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Синтетические нервы работают на свету 09.04.2016 Исследователи из Оксфорда создали искусственный аналог нервной цепочки: синтетические клетки, упакованные с помощью 3D-принтера в некое подобие проводящей ткани, оказались способны проводить электрический импульс. Клетки, крохотные капли воды объемом 50-100 пиколитров, заключенные в однослойную липидную мембрану. В таких каплях содержалась не только вода, в них была еще ДНК с генами, кодирующими трансмембранные белки, и весь необходимый аппарат белкового синтеза. Трансмембранные белки, синтезировавшиеся в "клетке", формировали в мембране сквозной канал - так между двумя каплями появлялся "межклеточный контакт", через который мог проскочить электрический сигнал. Работа "нервной цепи" зависела от освещения - в "клетках" находился еще и особый фоточувствительный белок, который под действием света связывался с ДНК и активировал записанные в ней гены трансмембранных белков. Плотной упорядоченной укладки капель достигали, как было сказано выше, с помощью 3D-принтера. Сама технология трехмерной печати из таких "клеток" разработана уже давно, но сейчас авторам работы пришлось разработать для них новый рецепт, чтобы и сами "клетки", и содержащиеся в них молекулярные машины для транскрипции (синтеза РНК-копий на ДНК) и трансляции (синтеза белка на РНК), пройдя через принтер, оставались бы в рабочем состоянии. Главными достижениями Майкл Бут (Michael J. Booth) и его коллеги считают то, что им удалось встроить в нервную цепочку световой выключатель, и что распространение импульса не ограничивалось двумя "клетками", что сигнал шел дальше - к третьей капле, четвертой, десятой и т. д. В такой искусственной системе вполне можно изучать некоторые закономерности распространения импульса по проводящим тканям, однако в перспективе исследователи хотят совместить искусственные клетки с настоящими. Для этого нужно решить две технологические проблемы: во-первых, напечатанные 3D-принтером комплексы капель "живут" в масляной среде, а настоящим клеткам нужен водный раствор; во-вторых, белки пор в искусственных клетках встраиваются в однослойную липидную мембрану, тогда как у настоящих клеток она двуслойная, и неизвестно, сформируется ли между ними трансмембранная белковая пора. Может быть, контакт между искусственной и настоящей клеткой получится организовать в виде синапса, когда между клеточными мембранами остается определенное пространство, а передача импульса происходит с помощью специальных химических молекул-нейромедиаторов.

Другие интересные новости:

▪ NCP4589 - LDO-регулятор с автоматическим энергосбережением

▪ Однокристальная система Semiconductor RSL10

▪ Блоки питания Sharkoon WPM Bronze

▪ Зарядный кабель Phoenix Contact 375 кВт

▪ Кремниевый оптический передатчик

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электробезопасность, пожаробезопасность. Подборка статей

▪ статья Это было недавно, это было давно. Крылатое выражение

▪ статья Откуда у Мертвого моря такое название? Подробный ответ

▪ статья Просо пальчатое. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Усилитель с малыми динамическими искажениями. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Идентификатор стабилитронов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026