[拼音]：reqiji

[外文]：hot-air engine

一種外燃的閉式循環(huán)往復(fù)活塞式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。因它是在1816年為蘇格蘭的R.斯特林所發(fā)明，故又稱斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。熱氣機(jī)可用氫、氮、氦或空氣等作為工質(zhì)，按斯特林循環(huán)工作。在熱氣機(jī)封閉的氣缸內(nèi)充有一定容積的工質(zhì)。氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔。工質(zhì)在低溫冷腔中壓縮，然后流到高溫?zé)崆恢醒杆偌訜?，膨脹作功。燃料在氣缸外的燃燒室?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)、斜盤或擺盤傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和自由活塞傳動(dòng)等。

類型

按缸內(nèi)循環(huán)的組成形式分，熱氣機(jī)主要有配氣活塞式和雙作用式兩類。

配氣活塞式熱氣機(jī)

在一個(gè)氣缸內(nèi)有兩個(gè)活塞作規(guī)律的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（圖1），冷腔與熱腔之間用冷卻器、回?zé)崞骱图訜崞鬟B接，配氣活塞推動(dòng)工質(zhì)在冷熱腔之間往返流動(dòng)。熱力循環(huán)可以分為4個(gè)過(guò)程。

（1）定溫壓縮過(guò)程:配氣活塞停留在上止點(diǎn)附近，動(dòng)力活塞從它的下止點(diǎn)向上壓縮工質(zhì)，工質(zhì)流經(jīng)冷卻器時(shí)將壓縮產(chǎn)生的熱量散掉，當(dāng)動(dòng)力活塞到達(dá)它的上止點(diǎn)時(shí)壓縮過(guò)程結(jié)束（圖1a-b）。

（2）定容回?zé)徇^(guò)程:動(dòng)力活塞仍停留在它的上止點(diǎn)附近，配氣活塞下行，迫使冷腔內(nèi)的工質(zhì)經(jīng)回?zé)崞髁魅肱錃饣钊戏降臒崆?，低溫工質(zhì)流經(jīng)回?zé)崞鲿r(shí)吸收熱量，使溫度升高（圖1b-c）。

（3）定溫膨脹過(guò)程：配氣活塞繼續(xù)下行，工質(zhì)經(jīng)加熱器加熱，在熱腔中膨脹，推動(dòng)動(dòng)力活塞向下并對(duì)外作功（圖1c-d）。

（4）定容儲(chǔ)熱過(guò)程：動(dòng)力活塞保持在下止點(diǎn)附近，配氣活塞上行，工質(zhì)從熱腔經(jīng)回?zé)崞鞣祷乩淝唬責(zé)崞魑展べ|(zhì)的熱量，工質(zhì)溫度下降至冷腔溫度（圖1d-a）。在理論上，定容儲(chǔ)熱量等于回?zé)崃?，其循環(huán)效率等于卡諾循環(huán)效率。兩個(gè)活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是由菱形傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)保證的。

雙作用式熱氣機(jī)

每個(gè)氣缸內(nèi)只有一個(gè)活塞，兼起配氣活塞和動(dòng)力活塞的作用。各缸的上部為熱腔，下部為冷腔。各熱腔經(jīng)加熱器、回?zé)崞骱屠鋮s器與鄰缸的下部冷腔連接，組成一個(gè)動(dòng)力單元。圖2為四缸布置的雙作用熱氣機(jī)。各缸相位差為90°，能保證良好的熱力性能。雙作用式熱氣機(jī)的結(jié)構(gòu)更為緊湊和輕巧。

特點(diǎn)

熱氣機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是能用各種能源，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)嵩矗ㄌ?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。熱氣機(jī)實(shí)際循環(huán)效率較高，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，適于車輛使用，曲軸每轉(zhuǎn)的扭矩不均勻度小，潤(rùn)滑油消耗量也少。熱氣機(jī)尚存在的主要問(wèn)題和缺點(diǎn)是制造成本較高，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。

發(fā)展趨勢(shì)

熱氣機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是：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)用方面研究汽車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)。

參考書目

1. G.Walker.Stirling Engine，Claredon Pr.， Oxford.1980.

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標(biāo)簽：熱氣機(jī)

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文章名稱：《熱氣機(jī)》

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