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Régénérateur-économiseur de moteur Stirling

1816-11-16
  • Robert Stirling
Matrice régénératrice d'un moteur Stirling démontrant le stockage d'énergie thermique en thermodynamique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Le régénérateur, ou « économiseur », est la contribution la plus importante de Robert Stirling et la clé du rendement élevé du moteur. Il s'agit d'un échangeur de chaleur interne qui stocke et libère temporairement de l'énergie thermique au cours du cycle. Lorsque les gaz chauds se déplacent vers le côté froid, ils déposent de la chaleur dans la matrice du régénérateur, chaleur qui est ensuite captée par les gaz froids lors de leur retour vers le côté chaud.

La fonction du régénérateur est de pré-refroidir le gaz de travail avant son entrée dans le refroidisseur principal et de le préchauffer avant son entrée dans le réchauffeur principal. Ceci réduit considérablement la quantité de chaleur à apporter de l'extérieur et à rejeter pendant les phases isochores (à volume constant) du cycle. Dans un régénérateur idéal, la chaleur transférée du gaz à la matrice pendant le refroidissement isochore est exactement égale à la chaleur restituée au gaz pendant le chauffage isochore. Ce recyclage interne de la chaleur permet le fonctionnement idéal. Stirling l'efficacité du cycle pour correspondre à l'efficacité de Carnot.

La conception d'un régénérateur efficace repose sur un équilibre délicat entre plusieurs facteurs contradictoires. Il doit présenter une capacité thermique élevée pour stocker suffisamment d'énergie, une grande surface interne pour un transfert thermique rapide et une conductivité thermique élevée perpendiculairement au flux de gaz afin de faciliter ce transfert. Cependant, il doit également présenter une faible conductivité thermique parallèlement au flux de gaz pour empêcher la chaleur de contourner le cycle et de se propager de l'extrémité chaude à l'extrémité froide. De plus, il doit présenter une faible résistance aérodynamique afin de minimiser le travail nécessaire à sa mise en marche. pompe Le gaz y circule et il doit contenir un volume minimal de gaz (volume mort) afin de maximiser le taux de compression du moteur. Les matériaux couramment utilisés comprennent des empilements de treillis métallique fin, des mousses métalliques ou des matrices céramiques.

UNESCO Nomenclature: 2212
– Thermodynamique

Taper

Dispositif physique

Perturbation

Révolutionnaire

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Principes de base du transfert de chaleur (conduction, convection)
  • Compréhension de la capacité thermique des matériaux
  • Premiers modèles d'échangeurs de chaleur et de récupérateurs dans les fours industriels

Applications

  • moteurs Stirling à haut rendement pour énergie solaire et chapitre
  • cryorefroidisseurs et réfrigérateurs à tube pulsé où la régénération est essentielle pour atteindre cryogénique températures
  • moteurs et refroidisseurs thermoacoustiques
  • procédés de séparation des gaz
  • cryorefroidisseurs Giromill
  • certains types de pompes à chaleur à cycle de gaz

Brevets:

  • GB 4081 of 1816

Idées d'innovations potentielles

  • Matériaux régénérateurs à gradient fonctionnel présentant une porosité et une masse thermique variables
  • Régénérateurs à micro-réseau imprimés en 3D pour un flux et un transfert de chaleur optimisés
  • matériaux à changement de phase intégrés à la matrice du régénérateur pour augmenter la densité de stockage thermique
  • Régénérateurs autonettoyants pour moteurs fonctionnant aux combustibles biomasse impurs
  • matériaux magnétocaloriques utilisés dans les régénérateurs pour les cycles de réfrigération magnétique
  • regenerators with integrated catalyseurs for internal fuel reforming
  • des régénérateurs flexibles à base de fibres qui peuvent s'adapter à des formes complexes
  • Des matériaux thermoélectriques recouvrent le régénérateur pour générer de l'énergie secondaire à partir du gradient thermique.
  • résonateurs acoustiques pour améliorer le transfert de chaleur au sein de la matrice du régénérateur
  • regenerators made from carbon nanotube foams for ultra-low weight and high surface area
Lié à : régénérateur, échangeur de chaleur, rendement thermique, moteur Stirling, procédé isochore, stockage de chaleur, fluide de travail, rendement de Carnot, perte de pompage, volume mort.

Contexte historique

Régénérateur-économiseur de moteur Stirling

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