Temperatura pracy modeli silników Stirlinga: Różnice pomiędzy wersjami

Wersja z 13:05, 6 cze 2017

Zapewne osoby zainteresowane budową modeli silników Stirlinga zadają sobie pytanie o rzeczywiste temperatury ich pracy. Dlaczego chociaż powinny się tym zainteresować? Ponieważ od tego zależą materiały jakich należy użyć oraz technologia budowy modelu. Temperatura pracy będzie miała wpływ również na wyniki obliczeń termodynamicznych, o ile oczywiście ktoś je przeprowadzi.

Oczywiście prowadzone przez nas pomiary termowizyjne są pobieżne. Modele nie zostały należycie przygotowane do testów. Tzn. Aby pomiary były w pełni miarodajne, należało by badane modele polakierować czarną matową farbą. Zapewniło by to prawidłowe warunki wypromieniowywania ciepła oraz zapobiegło odbiciom obrazu w błyszczących elementach maszyn. Mimo to wykonane zdjęcia termowizyjne wystarczają aby się zorientować w warunkach pracy modeli.

Weźmy na początek nasz ulubiony model. Silniki tej serii były przez nas dość dobrze dopracowane. A nawet przebadane. Tzn. w swoim czasie, trochę "dla jaj", zbadaliśmy nawet przebiegi ciśnienia wewnątrz silnika i wykonaliśmy wykres indykatorowy. Stąd wiemy, że model osiągał moc indykatorową ok. 2,5W :)

Ale co z temperaturą pracy?

Chwilę po podpaleniu palnika wygląda to tak:

Widać, że palnik jeszcze jeszcze się nie rozpalił. 30 sekund później, gdy silnik może już pracować, jest już tak:

Warto zwrócić uwagę, że temperatura części gorącego denka przekracza 150 st.C. Górnej granicy temperatury (rozżarzone włókna knota palnika) niestety się nie dowiemy, ponieważ w zastosowanym trybie pracy kamera termowizyjna kończyła zakres swojej pracy na 360 st.C. Na kolejnym zdjęciu wykonanym parę minut później, efekt już nie występuje. Widać, że knot się wypalił:

Popatrzmy co się dzieje w górnej części modelu:

Niewiele. Niestety obudowa płaszcza wodnego (pustego) utrudnia nam obserwację cylindra wyporowego. Spójrzmy zatem pod innym kątem:

Oczywiście górne denko nie ma temperatury 20 st.C. Jaka panuje tam temperatura informują nas króćce. Trzeba przyznać, że jest tam dość chłodno. Widać też, że temperatura czynnika roboczego przy wlocie do rurki łączącej cylindry wynosi ok. 30 st.C. Popatrzmy na całą rurkę:

Czyli temperatura czynnika roboczego wzdłuż rurki spada i tłok roboczy pracuje w zasadzie w temperaturze pokojowej. Warto zwrócić uwagę na duży gradient temperatury obudowy płaszcza wodnego. Spowodowany jest on brakiem wody. Oczywiście nie można przyjąć, że płaszcz wodny (lub inny radiator) jest niepotrzebny. Pamiętajmy, że silnik pracował dopiero paręnaście minut. Po paru godzinach pracy na pewno jego temperatura była by znacznie wyższa. Na niektórych imprezach edukacyjnych nasze modele pracowały nawet po 6 godzin non-stop zachowując sprawność techniczną. Oczywiście w płaszczu wodnym z wodą ;) Co się stanie po napełnieniu płaszcza wodą? Temperatura części zimnej trwale się ustabilizuje:

A to już inny model. Konstrukcyjnie zbliżony do poprzedniego. Głównie różni się ogromnym cylindrem wyporowym o wielokrotnie większej objętości niż w w/w modelu. Jest także dużo lepiej ogrzewany, choć w mało profesjonalny sposób. Widać też, że uzyskiwane temperatury w części gorącej są naprawdę poważne:

Oczywiście model nie znajduje się w piekarniku. Z uwagi na wyższe temperatury kamera pracowała w zakresie pomiarowym od 80 do 650 st.C. Więc wszystko co jest chłodniejsze niż 80 st.C. jest odcięte na tm poziomie temperatury. Co się dzieje w części zimnej? Ano nic. Nadal jest zimno mimo braku chłodzenia:

I jeszcze na koniec zdjęcie panoramiczne. Dodam, że ten model ma na tyle dużą moc, aby napędzić prądniczkę wykonaną z miniaturowego silniczka elektrycznego:

Kolejny silnik. To dość popularny komercyjny model. Palnik oczywiście nieoryginalny, ale temperatura całkiem zdrowa. Mimo to w części zimnej nie dzieje się absolutnie nic ciekawego (zakres pracy kamery od 80 do 650 st.C.):

I szczegóły części zimnej:

W końcu model niskotemperaturowy. To klasyczny Japoński, ekonomiczny, masowo produkowany model do samodzielnego montażu. Widać, że jego paliwo (kawa rozpuszczalna) zaraz będzie idealne do wypicia ;)

W części zimnej niewiele się dzieje:

Z boku też: