斯特林循環

斯特林循環全稱“斯特林熱氣機理想循環”，亦稱 “活塞式熱氣發動機理想循環”，俗稱“熱氣機循環”。一種採用定容下回熱的、熱力學理論上最完善的閉式概括性卡諾循環。因英國工程師斯特林(Robert Stirling，1790～ 1878) 於1816年首先提出而得名。斯特林循環是由兩個定容吸熱過程和兩個定溫膨脹過程組成的可逆循環，而且定容放熱過程放出的熱量恰好為定容吸熱過程所吸收。熱機在定溫(T1)膨脹過程中從高溫熱源吸熱，而在定溫(T2)壓縮過程中向低溫熱源放熱。

基本介紹

• 中文名：斯特林循環
• 外文名：Stirling cycle
• 提出人：羅巴特·斯特林
• 別名：熱氣機循環
• 套用：斯特林發動機
• 提出時間：1816年

原理

熱氣機(即斯特林發動機)的理想熱力循環，由等溫吸熱、等容放熱、等溫放熱和等容吸熱四個可逆過程組成：

(1)低壓低溫工質在向外冷源放熱的同時接受活塞定溫壓縮的過程；

(2)低溫工質在定容條件下 接受回熱器對其進行定容加熱的過程，壓力和溫度均相應升高；

(3) 高壓高溫工質在向外熱源吸熱的同時，推動活塞對外作功的定溫膨脹過程；

(4)高溫工質在定容條件下向回熱器進行定容放熱的過程，壓力和溫度均相應降低並回復到初態， 從而完成了一個閉式循環。兩個等溫過程是從高溫熱源吸熱和向低溫熱源放熱，而兩個等容過程的熱量則是循環內部的回熱，即等容吸熱過程恰好吸收等容放熱過程所放出的熱量。因此該循環是工作在一個高溫熱源和一個低溫熱源間的可逆循環。其p-υ圖和T-s圖示於附圖。

熱效率

斯特林循環的熱效率為：

式中W 為輸出的淨功；Q₁為輸入的熱量。根據這個公式，η_t只取決於T₁和T₂，T₁越高、T₂越低時，則η_t越高，而且等於相同溫度範圍內的卡諾循環熱效率。因此，斯特林發動機是一種很有前途的熱力發動機。斯特林循環也可以反向操作，這時它就成為最有效的制冷機循環。

優點

斯特林循環主要優點是，在極限回熱的理想條件下（即定容放熱過程放出的熱量恰等於定容加熱過程所需吸入的熱量），其循環熱效率可等於相同溫度界限內卡諾循環的熱效率。但由於某些設備 （如加熱器等）的表面一直需在循環的最高溫度下工作，使該循環最高溫度直接受金屬耐熱性能的限制，以及存在摩擦等不可逆損失，故進 一步提高斯特林循環的實際熱效率還有一定的困難。這種循環逆向運轉時，則可成為性能係數最高的製冷循環或熱泵循環。

斯特林發動機

1816年，蘇格蘭人R.斯特林(Robert Stirling)曾以按該循環工作的熱空氣往復式“外燃機”申請專利，稱斯特林發動機，又稱熱氣機。由於該機器的笨重，特別是受到發明內燃機的衝擊，長期來未得到廣泛套用。近年來斯特林循環重新又引起人們的重視，其原因是人們為了某種需要，希望有一種能燃用任何燃料或利用任何一種熱源熱量的高效熱機，另一方面傳熱學、流體力學知識以及對除空氣以外其他工質知識的增長，也提供了製造實用斯特林發動機的可能性。目前，斯特林發動機被用於包括航天技術在內的一些特殊領域。