制作斯特林热机

制作热声效应斯特林引擎十九世纪的吹玻璃工人，偶尔会听到被加热的玻璃管自然发出神秘的单音，这令人费解的声音其实是热机的另一种输出形式。

一般的引擎以转动的形式输出能量;声音也具有能量，只不过以空气作为传递的媒介。

热声效应的原理空气振动形成声音，声音发生时，为方便讨论，将传播声音的空气分成无数小块空气，应用牛顿力学来分析空气振动的情形，会得到声音的波动方程式，此方程式的解显示：声音传播时，各个小块空气都会发生膨胀收缩和位移。

如果小块空气被压缩后，再被加热膨胀，对周围空气作较大的正功;之后这小块空气又先被冷却，再被压缩，作较小的负功 (周围空气对这小块空气作较小的功) 。

虽然这小块空气并非对活塞或涡轮作功，而是对周围空气作功，事实上也完成了工作流体加热后膨胀，冷却后被压缩的热机循环，把热能转换成声音振动的能量，增加声音的强度，此即所谓“热声效应”。

凡是利用工作流体在冷、热区间移动，执行压缩的工作流体经加热而膨胀作正功，膨胀后先冷却再压缩作负功的热机循环，这样的机构都被归类为斯特林引擎。

利用热声效应把热能转换成机械能的装置，也就称为热声效应斯特林引擎(thermoacoustics stirling heat engine) ，热声效应斯特林引擎大致可分为驻波(standing wave)和行波(traveling wave)两种。

驻波型斯特林引擎的作功原理驻波型斯特林引擎，基本上是一端闭口，一端开口的管状共振腔，在共振腔内近闭口端装有热片堆(stack)，热片堆中有许多平行共振腔轴向的密集穿孔。

热片堆在靠近闭端温度较高，另一端温度较低，于是延共振腔轴向的温度梯度(temperature gradient)相当大。

当驻波发生时，热堆片穿孔中的各小块空气(工作流体)向闭口端位移，而被压缩，同时移向热片堆较高温处，该小块空气在热穿透深度(thermal penetration depth)以内的部分，会被热片堆加热，使得温度升高，随即膨胀对周围空气做较大的正功，驻波的能量于是加大，小块空气也随着膨胀，同时移至热片堆的冷端，当能量增加的驻波再度压缩这小块空气时，此小块空气已先被较低温的热片堆冷却，只消耗较少的声波能量即可被压缩。

斯特林发动机实验原理斯特林发动机是一种热机，它利用燃烧产生的热能来产生机械功，而不像内燃机那样利用高温与低温之间的热差来产生机械功。

和内燃机相比，斯特林发动机的热效率更高，因此在一些特殊应用，如低温环境或需要长时间运行的应用中得到了广泛的应用。

斯特林发动机的工作原理是通过一个循环过程将热能转化为机械能。

这个循环过程包括以下几个步骤：1. 加热气体：在发动机内部有一个热源（例如一个火炉），它加热气体（通常是氢气或氮气），使气体温度升高。

2. 膨胀气体：加热后的气体进入一个气缸，气缸外围有一个活塞，气体膨胀时会推动活塞向外运动。

3. 冷却气体：气缸的另一侧与一个冷源相连，使气体冷却并收缩。

4. 压缩气体：冷却并收缩后的气体由于压力下降而吸回活塞，回到第一步重新开始循环。

斯特林发动机的实验可以通过以下几个步骤进行：1. 组装：将实验所需的斯特林发动机装配起来，通常包括一个气缸、活塞、曲轴和连接杆。

2. 准备：在发动机中加入气体（如氢气或氮气），并将热源放置在适当位置，以便将气体加热。

3. 启动：点燃热源，加热气体，使气体膨胀并推动活塞运动，从而带动曲轴旋转。

4. 测试：测量发动机的性能参数，例如产生的功率和效率。

可以通过改变热源的位置、调整气缸的尺寸和形状来改变发动机的性能。

5. 分析：分析实验结果并推导出发动机的工作原理和性能规律。

可以通过理论分析和数值计算来验证实验结果，进一步深入理解斯特林发动机的工作原理。

斯特林发动机的优点在于高效、低污染和可靠性高，但也存在一些局限性，例如需要较长的启动时间、重量较大、体积较大等。

随着技术的不断发展，一些新型斯特林发动机已经解决了这些问题，并在特定领域得到了广泛应用。

为了进一步提高斯特林发动机的性能，研究人员开发了许多改进器件和技术，例如：1. 调节调速器：将变速器安装在斯特林发动机上，可以更好地控制发动机的转速，从而提高其效率和性能。

2. 节流阀：通过使用节流阀可以调节发动机的输出功率，从而在运行时节省燃料和能源，同时也能降低机械部件的磨损和维护成本。

动手制做动手制做------斯特林发动机模型斯特林发动机模型什么是斯特林热机？热气机（即斯特林发动机）的理想热力循环，为19世纪苏格兰人R.斯特林所提出，因而得名。

它是由两个定容吸热过程和两个定温膨胀过程组成的可逆循环，而且定容放热过程放出的热量恰好为定容吸热过程所吸收。

热机在定温(T (T1)1)膨胀过程中从高温热源吸热，而在定温(T2)压缩过程中向低温热源放热。

斯特林循环的热效率为公式中W 为输出的净功；Q1为输入的热量。

根据这个公式，只取决于T1和T2，T1越高、T2越低时，则越高，而且等于相同温度范围内的卡诺循环热效率。

因此，斯特林发动机是一种很有前途的热力发动机。

斯特林循环也可以反向操作，这时它就成为最有效的制冷机循环。

斯特林循环可以分为4个过程：①定温压缩过程:配气活塞停留在上止点附近，动力活塞从它的下止点向上压缩工质，工质流经冷却器时将压缩产生的热量散掉，当动力活塞到达它的上止点时压缩过程结束。

②定容回热过程:动力活塞仍停留在它的上止点附近,配气活塞下行，迫使冷腔内的工质经回热器流入配气活塞上方的热腔，低温工质流经回热器时吸收热量，使温度升高。

③定温膨胀过程：配气活塞继续下行，工质经加热器加热，在热腔中膨胀，推动动力活塞向下并对外作功。

④定容储热过程：动力活塞保持在下止点附近，配气活塞上行，工质从热腔经回热器返回冷腔，回热器吸收工质的热量，工质温度下降至冷腔温度。

在理论上，定容储热量等于回热量，其循环效率等于卡诺循环效率。

两个活塞的运动规律是由菱形传动机构来保证的。

—1878）斯特林（Robert Stirling，17901790—英国物理学家，热力学研究专家。

斯特林对于热力学的发展有很大贡献。

他的科学研究工作主要是热机。

热机的研制工作，是18世纪物理学和机械学的中心课题，各种各样的热机殊涌而出，不断互相借鉴，取长补短，热机制造业兴旺起来，工业革命处于高潮时期。

随着热机发展，热力学理论研究提到了重要位置，不少科学家致力于热机理论的研究工作，斯特林便是其中著名的一位。

简易斯特林发动机制作原理史特灵引擎属於外燃引擎，只要高温热源温度够高，无论是使用太阳能、废热、核原料、牛粪、丙烷、天然气、沼气（甲烷）、丁烷与石油在内的任何燃料，皆可使之运转，不同於必须使用特定燃料的汽油引擎、柴油引擎等内燃引擎。

A.基础篇A1气体的特性如图1把橡皮绑在容器口上，我们能容易瞭解到受热时橡皮会膨胀(图2)，冷却时橡皮会缩收(图3)，这是加热时，内部气体压力作用在橡皮上(图2)，当然人的眼睛是无法看到气体压力的。

A2移气器如果我们放入一个移气器(Displacer)到容器内(图4)，而这个移气器的直径比容器的内径小一些，当移气器自由上下移动时，即可以把容器内的气体挤下或挤上。

这个时候，如果我们在容器底端加热，而在容器上端冷却，使上下两端具有足够的温差，即可看见此时橡皮会不断膨胀及收缩。

其原理如下：当移气器上移，容器内的气体被挤至容器底端，此时由於容器底端加热，因此气体受热，压力变大，此压力经由活塞与容器间的空隙传到橡皮，使得橡皮会膨胀(图5)。

相反的，若施以适当的力量把移气器下移，则容器内的气体被挤至容器上端，此时由於容器上端为冷却区，因此气体被冷却，使气体温度降低，压力变小，而使得橡皮会缩收(图5)。

如此，不断使移气器自由上下移动，即可看见此时橡皮会不断膨胀及收缩。

由此，可知移气器的功用主要在於移动气体，使气体在冷热两端之间来回流动。

国立成功大学航太系郑金祥教授把Displacer命名为”移气器”，实在更为贴切，也比较不容易混淆，比较不会使人误以为它的作用跟输出功率的动力活塞一样。

A3曲柄机构要让移气器上下移动，只要将移气器与一曲轴连结(图6)。

当曲轴旋转时，移气器就会被带上及带下。

将移气器与曲轴连结完毕之后，在容器底端加热上端冷却，只要用手转动曲轴，使得移气器移上及移下，此时橡皮便会重复膨胀及收缩(图7)。

A4动力活塞橡皮的膨胀及收缩运动，可以转换为动力输出，此时，橡皮的作用即如同一动力活塞。

斯特林发动机原理与制作斯特林发动机原理与制作2010-11-09 22：20这种发动机是伦敦的牧师罗巴特斯特林(Robert Stirling)于1816年发明的，所以命名为"斯特林发动机"(Stirling engine)。

斯特林发动机是独特的热机，因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。

斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。

这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气(或氦)作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。

外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，有别于依靠燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机。

新型外燃机使用氢气作为工质，在四个封闭的气缸内充有一定容积的工质。

气缸一端为热腔，另一端为冷腔。

工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。

燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。

热气机工作原理热气机是一种外燃的、闭式循环往复活塞式热力发动机。

热气机可用氢、氮、氦或空气等作为工质，按斯特林循环工作。

在热气机封闭的气缸内充有一定容积的工质。

气缸一端为热腔，另一端为冷腔。

工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀作功燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。

已设计制造的热气机有多种结构，可利用各种能源，已在航天、陆上、水上和水下等各个领域进行应用。

试验热气机的功率传递机构分为曲柄连杆传动、菱形传动、斜盘或摆盘传动、液压传动和自由活塞传动等。

按缸内循环的组成形式分，热气机主要有配气活塞式和双作用式两类。

在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动，冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接，配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动。

热力循环可以分为定温压缩过程、定容回热过程、定温膨胀过程、定容储热过程四个过程。

就地取材制作斯特林发动机1 工具和材料1.1 材料○ 移气器气缸，其中一个是有锥形底的契形罐，组装在一起○ 两个空的不锈钢汤罐，至少一个拥有锥形底○ 移气器○ 可以刚好被移气缸无摩擦纳住的铝制饮料罐。

○ 两个薄的金属碟片（例如食物罐的盖子）○ 动力活塞缸○ 铜管或者青铜管，尽量圆，约40-50mm长○ 动力活塞○ 飞轮○ 具有较低摩擦系数的球轴承○ CD片，或者其他类似的圆片，制备轮圈○ 硬币（配重）○ 横梁○ 金属片或者木头（12”厚），要保证足够厚，有一定刚度○引擎支架○ 支撑小木头（1”×1/2”也可以稍大），至少24”(600mm)长○ 一块木头作为支承座，至少12"长4"宽（300 x 100mm）其他○ 青铜管（内径1/8”）、不锈钢丝（直径1/8”）-每个约12”长（上述值并不需要非常精确，只需要不锈钢丝可以在管内可以紧贴滑行）○ 衣架铁丝○ 两个接线端子○ JB环氧胶○ 快干环氧胶（例如Araldite）1.2 工具必要工具● 钢锯● 电钻● 木工锯特别工具● 可以打磨去料的抛光工具2 设计γ型斯特林引擎（伪爱因斯坦说：γ型斯特林引擎——具有两个独立气缸，其中一缸中配备动力活塞，一缸配备移气器）的“核心”乃是一个大的移气缸纳住一个移气器（也可以称作转换器，是斯特林引擎的核心装备），该移气缸与另一个动力缸连通，动力活塞缸同时还纳住一个动力活塞，动力活塞通过一系列传动装置，反过来再为移气器提供动力。

在曲柄设计中，我采用了Darryl Boyd’s设计，加入了一个“平衡木”的系统。

利用该平衡木可以实现动力活塞和移气器的动力转换。

不是多新奇或者多巧妙，仅仅是因为……我手上就那点材料，而且看起来效果也可圈可点。

踏破铁鞋，蓦然发现，铝制易拉罐可以与不锈钢的汤罐配合的很好。

因此移气缸我决定选用不锈钢汤罐，而移气器则使用铝制的饮料罐，至于理由嘛，便宜（重点）、轻便、易安装。

奇特的斯特林发动机1. 在橡胶塞的正中钻一个小孔，穿一根细铜管，铜管尾端向下弯曲。

2. 用一小段气门芯将铜管尾端与注射器连接在一起，注射器要用活塞运动阻力很小的玻璃注射器。

连接完成后，检查注射器的气密性。

3. 试管内装入几颗玻璃球，塞上橡胶塞，斯特林发动机的主体就完成了！4. 用一根橡皮筋从中间位置将试管套在支架上，并用双面胶把玻璃注射器的活塞底面粘在木板上，完成安装工作。

5. 用试管、玻璃球和注射器制作的斯特林发动机，制作过程简单，难点在于调试。

初始状态要让试管保持水平，并略微向橡胶塞一侧倾斜。

拔出橡胶塞，调节注射器活塞伸出的长度，然后再塞紧橡胶塞，反复调节，直到试管保持很小的倾角。

6. 初始状态调节完毕后如图6，试管以支架为轴，略微向橡胶塞一侧倾斜，因此玻璃球都滚动到了橡胶塞一侧。

这时用酒精灯加热试管的另一端，试管内的空气受热后体积膨胀，通过细铜管，推动注射器。

注射器的套筒被推动向上运动，改变试管的倾角，超过平衡位置以后，玻璃球就会向试管的另一端滚动。

（注意：用酒精灯加热试管要符合实验室操作规范，先用酒精灯外焰均匀预热试管，防止炸裂，再把酒精灯放在固定位置加热试管。

）7. 图7是玻璃球都滚动到试管另一端的情形。

如果经过较长时间的加热，试管的倾角仍然没有改变，说明空气膨胀所产生的推动力不足以推动橡胶塞一侧向上运动。

这时可以在注射器的活塞下面垫一些硬纸板，让试管水平倾角更小一些，这样需要的推动力也就更小。

反复调整，直到注射器开始向上运动。

在玻璃球滚动到酒精灯一侧时，情况就变得很有意思。

因为玻璃球把试管内的空气都“挤”到另一侧了，此时虽然酒精灯仍然在加热试管，但是无法加热空气。

试管内的空气会散热降温，体积收缩，压力降低，导致注射器套筒向下运动，试管重新向橡胶塞一侧倾斜，玻璃球重新滚动回来，整个装置重新回到步骤6的状态。

重新进入步骤6的状态以后，酒精灯能够再次加热空气，于是空气体积膨胀、压力增加，推动注射器，装置第二次回到步骤7的状态。

制作热声效应斯特林引擎十九世纪的吹玻璃工人，偶尔会听到被加热的玻璃管自然发出神秘的单音，这令人费解的声音其实是热机的另一种输出形式。

一般的引擎以转动的形式输出能量;声音也具有能量，只不过以空气作为传递的媒介。

热声效应的原理空气振动形成声音，声音发生时，为方便讨论，将传播声音的空气分成无数小块空气，应用牛顿力学来分析空气振动的情形，会得到声音的波动方程式，此方程式的解显示：声音传播时，各个小块空气都会发生膨胀收缩和位移。

如果小块空气被压缩后，再被加热膨胀，对周围空气作较大的正功;之后这小块空气又先被冷却，再被压缩，作较小的负功 (周围空气对这小块空气作较小的功) 。

虽然这小块空气并非对活塞或涡轮作功，而是对周围空气作功，事实上也完成了工作流体加热后膨胀，冷却后被压缩的热机循环，把热能转换成声音振动的能量，增加声音的强度，此即所谓“热声效应”。

凡是利用工作流体在冷、热区间移动，执行压缩的工作流体经加热而膨胀作正功，膨胀后先冷却再压缩作负功的热机循环，这样的机构都被归类为斯特林引擎。

利用热声效应把热能转换成机械能的装置，也就称为热声效应斯特林引擎(thermoacoustics stirling heat engine) ，热声效应斯特林引擎大致可分为驻波(standing wave)和行波(traveling wave)两种。

驻波型斯特林引擎的作功原理驻波型斯特林引擎，基本上是一端闭口，一端开口的管状共振腔，在共振腔内近闭口端装有热片堆(stack)，热片堆中有许多平行共振腔轴向的密集穿孔。

热片堆在靠近闭端温度较高，另一端温度较低，于是延共振腔轴向的温度梯度(temperature gradient)相当大。

当驻波发生时，热堆片穿孔中的各小块空气(工作流体)向闭口端位移，而被压缩，同时移向热片堆较高温处，该小块空气在热穿透深度(thermal penetration depth)以内的部分，会被热片堆加热，使得温度升高，随即膨胀对周围空气做较大的正功，驻波的能量于是加大，小块空气也随着膨胀，同时移至热片堆的冷端，当能量增加的驻波再度压缩这小块空气时，此小块空气已先被较低温的热片堆冷却，只消耗较少的声波能量即可被压缩。

斯特林热机制作方法 本文介绍一款制作容易的教具：斯特林热机。

文中以图文形式详述了这款热机的工作原理，通过斯特林热机的原理流程及其说明，相信你也能制作这款教具了。

 斯特林热机，又叫空气热机。

在本站曾展示了一类斯特林热机，称之为球管式斯特林热机，大家阅读此文后可对比看看这两种斯特林热机的联系和区别。

 首先观察我们制作的斯特林热机装置图： 装置的全貌图 装置中的加热部分装置的水冷器（餐盘），中间为汽缸（可乐罐） 装置的玻璃注射器装置的飞轮（光碟） 接下来请分析斯特林热机结构图： 装置的实景图 斯特林热机结构图 下面按斯特林热机完成一个循环过程分四个工作状态详述斯特林热机的工作原理。

在四个工作状态中，大家请注意观察在加热过程中移气活塞和玻璃注射器的运动方向，连杆的运动方向，飞轮A点的运动幅度。

以下为斯特林热机原理流程图及其说明： 斯特林热机工作状态1： 原理图：状态1 汽缸底部被加热，里面的空气膨胀，从而推动注射器的针筒向外运动，连杆的运动方向如图中箭头所示。

 此过程A点水平方向运动幅度比竖直方向大。

 斯特林热机工作状态2： 原理图：状态2 由于惯性，飞轮继续转动。

 此过程A点竖直方向运动幅度比水平方向大。

 斯特林热机工作状态3： 原理图：状态3 当飞轮转到如图位置时，由于移气活塞被放到了汽缸底部，原来在汽缸下半体积的空气被排到上半部分。

而上半部分的汽缸是冷的，里面的空气体积收缩，于是注射器的针筒被吸回来，连杆运动方向如图中箭头所示。

 此过程A点水平方向运动幅度比竖直方向大。

 斯特林热机工作状态4： 原理图：状态4 由于惯性，飞轮继续转动，当移气活塞再次被提起时，汽缸上部分的冷空气被排到下部分，回到上述状态1，这样就完成一个循环。

 此过程A点竖直方向运动幅度比水平方向大。

制作斯特林热机1 准备2个罐子
2 剪开2个罐子，
剪开成一高一矮的
3 矮的剪成3.5cm的
4高的罐子是在圆心是打个小孔，在旁边打个大孔
5做热置移气缸，剪个易拉罐剪成圆形的（如图）圆上是长方形上的黑线是对折线（做2个）
将俩个合并起来互相咬合住，在里面塞是钢丝球（少量的）
6 做活塞在塑料袋上套个电池，让塑料袋成圆柱体，在套上pvc管上，再到顶端粘上小圆片
7 制作曲轴用铁丝条按图5形状和尺寸弯制曲轴，转角处顺滑一些，尺寸差不多就行，要求不严格。

弯制前在车辐条上套上一段圆珠笔管，要紧一些，以防止曲轴在支架上串动。

顺着曲轴主轴方向观察时，动力活塞曲柄与热置换活塞曲柄之间成90度角。

8在做连杆如图
10做飞轮，我是用电表的圆盘的
11 组装起来了
现在就制作好了希望大家多多支持。

O(∩_∩)O哈哈~呦。