background image

Ćwiczenie

nr 14

Temat ćwiczenia:

Silnik Stirlinga

Sprawozdanie

Wydział, rok: Energetyki i Paliw, II
Grupa: 5
nr zespołu: 1

Data wykonania
ćwiczenia:

28.05.2015

Nazwisko i imię

Ocena
Odpowiedź:

Wykonanie ćwiczenia: Końcowa:

1. Pysz Michał
2. Szeremeta Alan
Główne elementy układu:

1. Silnik Stirlinga;
2. Płytka grzejna z ogniwem Peltiera;
3. Moduł pomiarowy z zasilaczem;
4. Komputer z kartą pomiarową;
5. Termometr pokojowy;
6. Czujnik temperatury;
7. Przewód łączący czujnik obrotów z modułem pomiarowym;
8. Pojemnik na wodę;
9. Woda;

background image

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zbadanie działania silnika Stirlinga, podczas różnych trybów pracy, m.in. gdy
temperatura   gazu   roboczego   samoistnie   się   zmniejsza   oraz   gdy   jest   ona   zwiększana   poprzez
zewnętrzne źródło ciepła. Jednym z aspektów doświadczenia jest sprawdzenie jak silnik reaguje na
nagłe   zwiększenie   różnicy   temperatur   pomiędzy   chłodnicą,   a   źródłem   ciepła.   Na   sam   koniec
badamy zależność szybkości obrotów od upływu czasu oraz od zmiany temperatury.

2. Wykonanie ćwiczenia

2.1  Pierwsze   ćwiczenie   dotyczyło   zachowania   się   silnika   podczas   samoistnego   schładzania   się
źródła ciepła.

Do   wykonania   ćwiczenia   wykorzystujemy   zbiornik   z   zagotowaną   wcześniej   wodą.   W   celu
przyspieszenia   procesu,   w   trakcie   trwania   doświadczenia   wrzucamy   do   wody   2   kostki   lodu.
Podczas   doświadczenia   dokonujemy   pewnego   eksperymentu,   polegającego   na   schłodzeniu
chłodnicy w celu wytworzenia wyższej różnicy temperatur pomiędzy źródłem ciepła, a chłodnicą. 

Wykres 1 – Zależność szybkości obrotów oraz temperatury w funkcji czasu(ćwiczenie 1).

Na   wykresie   zestawione   zostały   poszczególne   zdarzenia   mające   wpływ   na   charakterystykę
rysowanych krzywych:
1 – rozpoczęcie procesu, uruchomienie silnika;
2 – chwilowe, niezidentyfikowane zakłócenie pracy silnika;
3 – wrzucenie kostek lodu do źródła ciepła, chwilowe ustanie pracy silnika;
4 – położenie kostek lodu na chłodnicy;
5 – zakończenie procesu, zatrzymanie się silnika;

background image

Następnie   wykreślamy   charakterystykę   szybkości   obrotów   w   funkcji   temperatury,   w   której
eliminujemy zdarzenia mogące mieć wpływ na zakłócenie przebiegu.

Wykres 2 – Zależność szybkości obrotów od temperatury(ćwiczenie 1).

Ostatnim punktem ćwiczenia jest obliczenie sprawności konwersji energii cieplnej na mechaniczną.

η

=

T

1

T

2

T

1

gdzie:
T

1

 – temperatura źródła ciepła [K], w chwili uruchomienia silnika;

T

2

 – temperatura chłodnicy [K], w chwili uruchomienia silnika;

η=

T

1

T

2

T

1

=

351,3 K−297,4 K

351,3 K

= 15,34%

Wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia:
Jak wskazuje wykres 2, zależność szybkości obrotów od temperatury ma w przybliżeniu liniową
charakterystykę.   Jeżeli   chodzi   o   eksperyment   z   położeniem   kostek   lodu   na   chłodnicy,   to
zauważamy, że zmniejszając temperaturę chłodnicy doprowadzamy do przyspieszenia silnika, a tym
samym do zwiększenia jego sprawności. Jest to związane ze zwiększeniem różnicy temperatur
pomiędzy źródłem ciepła, a chłodnicą.

2.2  W  drugim   ćwiczeniu   badamy   zachowanie   się   silnika   podczas   odpowiednio   narastającej,   a
następnie malejącej temperatury źródła ciepła.

W   celu   wykonania   ćwiczenia   używamy   zewnętrznego   źródła   ciepła   podłączonego   do   stałego
napięcia,   a   następnie   po   osiągnięciu   pożądanej   temperatury,   odłączamy   źródła   od   napięcia,
zsuwamy silnik na metalowy radiator i obserwujemy pracę silnika, aż do jego zatrzymania.
W   celu   uzyskania   bardziej   przejrzystych   wyników,   usuwamy   wszystkie   wyniki   przed
uruchomieniem silnika(w tym wszystkie próby uruchomienia).

50

55

60

65

70

75

80

85

0

50

100

150

200

250

300

350

400

T [°C]

[o

br

/m

in

]

background image

Wykres 3 – Zależność szybkości obrotów oraz temperatury w funkcji czasu(ćwiczenie 2).

Wykres 4 – Zależność szybkości obrotów od temperatury(ćwiczenie 2).

Sprawność:

η

=

T

1

T

2

T

1

gdzie:
T

1

 – temperatura źródła ciepła [K], w chwili odłączenia zasilania od źródła;

T

2

 – temperatura chłodnicy [K], w chwili odłączenia zasilania od źródła;

45

50

55

60

65

70

75

0

50

100

150

200

250

300

350

400

T [°C]

[o

br

/m

in

]

200

300

400

500

600

700

800

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0

10

20

30

40

50

60

70

80

t [s]

[o

br

/m

in

]

T

 [°

C

]

background image

η=

T

1

T

2

T

1

=

343,8 K−301K

343,8 K

= 12,5%

Wnioski: 
Kolejny raz uzyskujemy liniową zależność szybkości obrotów od temperatury. Podczas schładzania
silnika otrzymujemy niższe wartości szybkości obrotów w funkcji temperatury niż podczas jego
nagrzewania.   W   ćwiczeniu   tym   osiągnęliśmy   odrobinę   niższą   sprawność   niż   w   ćwiczeniu
pierwszym, związane jest to z niższą temperaturą maksymalną źródła ciepła, oraz nagrzewaniem się
chłodnicy w trakcie osiągania temperatury maksymalnej. Jeżeli porównamy pierwszy eksperyment
z drugim, zauważyć możemy też jak bardzo radiator przyspiesza proces obniżania się temperatury
źródła ciepła.