Преимущества и недостатки двигателей Стирлинга

В результате литературного анализа были выявлены следующие преимущества и недостатки двигателя Стирлинга, которые приведены в таблице 1.

Преимущества Недостатки
«Всеядность» двигателя Громоздкость и материалоёмкость [12]
Простота конструкции Необходимость использования особых видов рабочих тел (гелий, водород)
Экономичность [15] Высокое давление
Малая шумность Тепло подводится не к рабочему телу непосредственно
Экологичность Высокая термонапряжённость работы теплообменника
Хорошие характеристики крутящего момента Сложность разработки теплообменника
Большой ресурс Медленный отклик на изменение теплового потока

Таблица 1. Преимущества и недостатки двигателя Стирлинга

Двигатель Стирлинга применим в случаях, когда необходим небольшой преобразователь тепловой энергии, простой по устройству, либо когда эффективность других тепловых двигателей оказывается ниже: например, если разницы температур недостаточно для работы паровой или газовой турбины.

• Солнечные электростанции [10]

• Техника, используемая в космосе

• Подводные лодки [14]

• Универсальные источники электроэнергии [3]

• Тепловые насосы [8]

• Холодильная техника [16]

• Сверхнизкие температуры

• Аккумуляторы энергии

Цикл Эриксона

Цикл Эрикссона – это измененная версия цикла Карно, в которой два адиабатных процесса, описанных в цикле Карно, заменены двумя процессами регенерации при постоянном давлении. P–V диаграмма идеального цикла Эриксона приведена на рисунке 3. Идеальный цикл Эриксона строится на двух изобарах и двух изотермах.

Термический КПД идеального цикла Эриксона равен циклу Карно:

Преимущества и недостатки двигателей Эриксона

В результате литературного анализа были выявлены следующие преимущества и недостатки двигателя Эриксона, которые приведены в таблице 2.

Преимущества Недостатки
«Всеядность» двигателя Сложность конструкции
Объемы котла, и охладителя не являются вредными Металлоемкость, высокий вес
Объем теплообменника не оказывает отрицательного влияния на КПД. [6] Большие габариты
Масштабируемость  
Возможность минимизации тепловых потерь  

Таблица 2. Преимущества и недостатки двигателя Эриксона

Применение двигателей Эриксона

• Извлечение энергии из тепла выхлопных газов газовых двигателей и солнечных концентраторов. [5]

• Генераторы давления (машины Буша)

• Криогенные машины Джиффорда-Мак-Магона

• Медицина (двигатель Бака)

• Потенциально подобные системы наиболее целесообразны для больших установок с ядерными реакторами, в которых рабочее тело двигателя может быть использовано как холодильный агент для реактора.[9]

Цикл Брайтона

Цикл Брайтона – это термодинамический цикл, описывающий рабочие процессы газотурбинного, турбореактивного и прямоточного воздушно-реактивного двигателей внутреннего сгорания, а также газотурбинных двигателей внешнего сгорания с замкнутым контуром газообразного (однофазного) рабочего тела. Это также теоретическая модель, которая хорошо согласуется с работой турбовинтовых двигателей, используемых в самолетах, но совершенно неприменима в самолетных турбореактивных двигателях.

На рисунке 4 представлена T–S диаграмма идеального цикла Брайтона, строящегося на двух изоэнтропах и двух изобарах.

Термический КПД идеального цикла Брайтона также, как и предыдущих циклов равен КПД цикла Карно [2]:

где k- показатель адиабаты (для воздуха k=1,4).