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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 de la loi des gaz parfaits à partir des travaux de Boyle, Charles et Gay-Lussac
  • Premiers concepts de thermodynamique et de conservation de l'énergie
  • Invention du mécanisme à piston et cylindre

Applications

  • cryorefroidisseurs pour l'électronique et l'imagerie médicale
  • Production d'énergie solaire 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

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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)

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