Nguyên lý hoạt động của động cơ Stirling mà bạn chưa biết

Đây là loại động cơ nhiệt có hiệu suất cao, có thể đạt tới 50% đến 80% hiệu suất lý tưởng của chu trình nhiệt động lực học thuận nghịch (như chu trình Carnot) trong việc chuyển hóa nhiệt năng thành công năng, chỉ bị mất mát do ma sát và giới hạn của vật liệu.

Nguyên lý hoạt động của động cơ Stirling

Động cơ Stirling hoạt động theo chu trình Stirling gồm bốn giai đoạn: làm lạnh, nén, hâm nóng và giãn nở

Chu trình Stirling lý tưởng là một chu trình nhiệt động lực học thuận nghịch và do đó có cùng hiệu suất với chu trình Carnot (khi hoạt động giữa các nguồn nhiệt giống nhau). Hiệu suất thực tế thấp hơn, nhưng cao hơn động cơ đốt ngoài khác như động cơ hơi nước và cao hơn hầu hết các động cơ đốt trong hiện đại (động cơ Diesel hay động cơ xăng).

Bốn quá trình của chu trình Stirling lý tưởng là:

- Làm lạnh đẳng tích

- Nén đẳng nhiệt

- Hâm nóng đẳng tích

- Giãn nở đẳng nhiệt

Nguyên lý hoạt động của động cơ Stirling.

Chu trình lý tưởng này có sự biến đổi thể tích và áp suất đột ngột giữa các giai đoạn. Chu trình Stirling thực tế có sự chuyển tiếp từ từ hơn. Trên thực tế, quá trình làm lạnh hay hâm nóng có thể có hiệu suất nằm giữa 100% (đẳng nhiệt), tới 0% (đoạn nhiệt). Quá trình nén hoặc giãn nở thực tế có thể mô tả bằng quá trình polytropic:

P Vn = k

với P là áp suất, V là thể tích, k là hằng số, và n nằm trong giới hạn:

ở đây cV là nhiệt dung riêng tại thể tích không đổi (tính theo J/kgK), cP là nhiệt dung riêng ở áp suất không đổi (J/kgK).

Ma sát và thất thoát nhiệt (do truyền trực tiếp từ phần nóng sang phần lạnh) là nguyên nhân chính khiến cho hiệu suất của chu trình Stirling thực tế chỉ bằng khoảng một nửa hiệu suất của chu trình Carnot hoạt động giữa cùng các nguồn nhiệt.