Zadanie Zadanie 8.6.11: Silnik Stirlinga – analiza cyklu termodynamicznego i sprawność
- Punkty
- 5 pkt
- Dział
- Termodynamika · Silniki cieplne i II zasada termodynamiki
- Trudność
- Poziom trudności: trudne
Analiza termodynamiczna silnika Stirlinga: uzupełnienie tabeli wzorów na pracę i ciepło w przemianach cyklu p(V), wyznaczenie relacji między wielkościami, wyprowadzenie wzoru na sprawność silnika Stirlinga z regeneratorem oraz porównanie z cyklem Carnota i silnikami spalinowymi.
Treść zadania
Rozpatrz idealny silnik Stirlinga, w którym gaz doskonały o liczbie moli wykonuje cykl między temperaturami i objętościami . oznacza uniwersalną stałą gazową, a — molowe ciepło właściwe gazu przy stałej objętości.
Kolejne przemiany są następujące: — izotermiczne rozprężanie w temperaturze od do ; — izochoryczne chłodzenie przy do temperatury ; — izotermiczne sprężanie w temperaturze do objętości ; — izochoryczne ogrzewanie z powrotem do .
Silnik ma idealny regenerator: magazynuje całe ciepło oddane przez gaz podczas i przekazuje je z powrotem gazowi podczas , bez strat. Przyjmij, że oznacza pracę wykonaną przez gaz, a dodatnie — ciepło pobrane przez gaz.
Uzupełnij tabelę wzorami na pracę i ciepło w każdej przemianie. Następnie porównaj wartości bezwzględne prac w przemianach izotermicznych oraz ciepła w przemianach izochorycznych, wyprowadź sprawność silnika i porównaj ją ze sprawnością Carnota. Dla porównania silników przyjmij jednakowe temperatury i oraz porównaj z idealnymi cyklami Otto i Diesla.
Odpowiedź i wynik końcowy
Tabela:
,
,
oraz . Idealny regenerator zwraca ciepło między przemianami izochorycznymi, więc . To sprawność Carnota; przy tych samych temperaturach źródeł idealny silnik Stirlinga osiąga większą sprawność niż idealny cykl Otto lub Diesla.