طرز کار موتور استرلینگ

طرز کار موتور استرلینگ چگونه است؟
طرز کار موتور استرلینگ را می توان هم به صورت خلاصه و هم با جزئیات بیان کرد.

خلاصه طرز کار موتور استرلینگ:
مانند موتور بخار یا موتور خودروهای احتراق داخلی، موتور استرلینگ با تکرار تعدادی عملیات اساسی که به چرخه آن معروف است، انرژی گرمایی را به انرژی مکانیکی (کار) تبدیل می کند. یک موتور استرلینگ ساده از نوع جابه جاشونده را در نظر بگیرید.

تا زمانی که متوجه شوید آنچه اتفاق می افتد این است که گاز داخل به طور متناوب منبسط شده و منقبض می شود و در این بین، از سمت داغ سیلندر به طرف سرد حرکت می کند و دوباره به عقب برمی گردد، درک طرز کار موتور استرلینگ بسیار گیج کننده و دشوار است.

وظیفه پیستون آبی تیره این است که از انرژی ناشی از انبساط گاز برای هدایت بخش در حال حرکت موتور استفاده کند، سپس گاز را فشرده کند تا چرخه تکرار شود.

وظیفه پیستون جابه جاشونده سبز این است که گاز را از سمت گرم سیلندر (در سمت چپ) به سمت سرد (در سمت راست) و عقب منتقل کند. دو پیستون که در ارتباط با هم کار می کنند، این اطمینان را می دهند که انرژی گرمایی به طور مکرر از منبع به سینک منتقل شده و به کار مکانیکی مفیدی تبدیل می شود.

تشریح طرز کار موتور استرلینگ:
اگر بخواهیم با جزئیات بیشتری موضوع را بیان کنیم، می توانیم طرز کار موتور استرلینگ را در گام های زیر شرح دهیم:

خنک کاری و فشرده سازی:
بیشتر گاز (نشان داده شده با مربع های آبی) در سمت راست در انتهای سردتر سیلندر قرار دارد. با سرد شدن و منقبض شدن، گاز مقداری از گرمای خود را که با هیت سینک حذف می شود، از دست داده و هر دو پیستون به سمت داخل (به سمت مرکز) حرکت می کنند.

انتقال و بازسازی:
پیستون جابه جایی به سمت راست حرکت می کند و گاز سرد شده در اطراف آن به قسمت گرم تر سیلندر در سمت چپ حرکت می کند. حجم گاز در حین عبور از بازیاب (مبدل حرارتی) ثابت می ماند تا مقداری از حرارتی را که قبلاً رسوب از دست داده بود، جذب کند.

گرمایش و انبساط:
بیشتر گاز (که توسط مربع های قرمز نشان داده شده) در سمت چپ در انتهای گرم سیلندر قرار دارد. این گاز با آتش (یا منبع حرارتی دیگر) گرم می شود، بنابراین فشار آن افزایش یافته و منبسط می شود و انرژی را جذب می کند.

هنگامی که گاز منبسط می شود، پیستون کار را به سمت راست فشار می دهد، که باعث حرکت فلایویل و هر آنچه که موتور به آن نیرو می دهد، می شود. در این قسمت از چرخه، موتور انرژی گرمایی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند (و کار انجام می دهد).

انتقال و سرمایش:
پیستون جابه جایی به سمت چپ حرکت می کند و گاز داغ در اطراف آن به قسمت سردتر سیلندر در سمت راست حرکت می کند. حجم گاز در حین عبور از بازیاب (مبدل حرارتی) ثابت می ماند و مقداری از انرژی خود را در مسیر از دست می دهد. اکنون چرخه کامل شده و آماده تکرار است.

نحوه کار موتور استرلینگ:
اگرچه موتور یک چرخه را پشت سر می گذارد و به همان جایی می رسد که چرخه را شروع کرده است، اما این یک فرایند متقارن نیست.

در واقع، انرژی به طور مداوم از منبع خارج شده و در سینک ذخیره می شود. این امر به این دلیل اتفاق می افتد که وقتی گاز داغ منبسط می شود، مقدار مشخصی کار روی پیستون انجام می دهد، اما پیستون با فشرده سازی گازِ سرد شده کار کمتری انجام می دهد و آن را به حالت اولیه باز می گرداند.