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Cycle de Stirling

1816-11-16
  • Robert Stirling
Moteur Stirling illustrant les principes thermodynamiques dans un laboratoire.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Le cycle Stirling idéal est un cycle régénératif fermé. thermodynamique Le cycle comprend quatre processus distincts : détente isotherme, extraction de chaleur isochore, compression isotherme et apport de chaleur isochore. Le fluide de travail est confiné en permanence. Son rendement thermique théorique est égal au rendement du cycle de Carnot, donné par ηth = 1/TC/TH, où TH et TC sont les températures absolues des réservoirs chaud et froid.

The Stirling cycle’s four processes can be visualized on a Pressure-Volume (P-V) diagram. Process 1-2 is isothermal expansion, where the gas expands at a constant high temperature [latex]T_H[/latex], absorbing heat from the external source and performing work on the surroundings. Process 2-3 is isochoric (constant volume) heat removal, where the gas is passed through the regenerator, cooling to the low temperature [latex]T_C[/latex] and transferring heat to the regenerator matrix. Process 3-4 is isothermal compression, where the gas is compressed at constant temperature [latex]T_C[/latex], rejecting heat to the cold sink while work is done on the gas. Finally, process 4-1 is isochoric heat addition, where the gas passes back through the regenerator, picking up the stored heat and returning to temperature [latex]T_H[/latex].

Le régénérateur est essentiel au rendement élevé du cycle idéal. En stockant et en restituant la chaleur lors des étapes isochores, il garantit que tout échange thermique externe se produit uniquement pendant les processus isothermes, comme dans le cycle de Carnot. Ceci permet au cycle de Stirling d'atteindre théoriquement le rendement maximal possible pour tout moteur thermique fonctionnant entre deux températures données. En pratique, les moteurs Stirling réels s'écartent de cet idéal. Les processus ne sont ni parfaitement isothermes ni parfaitement isochores en raison des coefficients de transfert thermique finis et du mouvement continu du piston, ce qui entraîne des courbes courbes PV arrondies et un rendement inférieur.

UNESCO Nomenclature: 2212
– Thermodynamique

Taper

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • La théorie du cycle idéal du moteur thermique de Sadi Carnot (1824)
  • Le développement du Loi des gaz parfaits d'après les travaux de Boyle, Charles et Gay-Lussac
  • Premiers concepts de thermodynamique et la conservation de l'énergie
  • Invention du mécanisme à piston et cylindre

Applications

  • cryocoolers for electronics and imagerie médicale
  • énergie solaire génération dans les systèmes Stirling à parabole
  • unités de micro-cogénération (MCHP)
  • Systèmes de récupération de chaleur résiduelle issus des procédés industriels
  • Sources d'énergie silencieuses pour sous-marins et yachts
  • Générateurs électriques alimentés par la biomasse dans les régions isolées

Brevets:

  • GB 4081 of 1816

Idées d'innovations potentielles

  • centrales géothermiques utilisant des moteurs Stirling pour exploiter les faibles différentiels de température
  • cœurs artificiels implantables à longue durée de vie alimentés par la chaleur corporelle
  • cryogénique cooling systems for quantum computers
  • Des générateurs portables pouvant fonctionner avec n'importe quel matériau combustible pour les secours en cas de catastrophe
  • Systèmes de climatisation ultra-silencieux et à haut rendement pour bâtiments
  • véhicules sous-marins autonomes (AUV) en eaux profondes avec une alimentation de longue durée
  • Les rovers martiens sont alimentés par des sources de chaleur à radio-isotopes couplées à des moteurs Stirling.
  • réseaux électriques distribués utilisant des unités de cogénération (chaleur et électricité) à l'échelle domestique
  • Récupération avancée de chaleur résiduelle pour les centres de données
  • solar-powered water pumps for irrigation in developing nations
En lien avec : cycle de Stirling, thermodynamique, isotherme, isochore, cycle régénératif, moteur thermique, rendement de Carnot, cycle fermé, fluide de travail, rendement thermique.

Contexte historique

Cycle de Stirling

1802
1808
1811
1816-11-16
1820
1820
1821
1802
1802
1810
1816
1816-11-16
1820
1820
1822

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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