Stirlingmotortråden! :)

[bearing]

Finns det några referenser på vad som är lämpligt tryck?

Kockums motorer har 200bar vätgas. V-161 har 130bar helium.

Som jag skrev förut, så är trycket grovt proportionellt med effekten. Din motor kommer få ca 50cc per cylinder, dvs ungefär 1/3 av V-161 (160cc). Om du kör 1 bars tryck, får motorn 1/130 av V-161's specifika effekt. V-161 har 9000W@1500rpm, d.v.s din borde få grovt 9000W/3/130 = 23W@1500rpm / cylinder. Sen påverkar även gasens egenskaper, samt motorns övriga dimensioner, så klart.

Kul projekt!

[bellasoda]

Jag tänker att jag gör tryck-kolven öppnings- och förslutningsbar, vilket medför att man kan ändra vilket tryck man laddar cylindern med.

Hur räknar man ut cylindervolymen? Är det snittvolymen på den inneslutna gasen, då får jag 100cc som volym, om man räknar med att förskjutningskolven tar upp nästan hälften av utrymmet inuti cylinden. Jag kommer nog garanterat köra på vanlig luft i alla fall, målet är inte att göra den så effektiv som möjligt, att ha en enkel konstruktionsprincip är snarare mera prioriterat.

[dagrende]

Har du tänkt sätta in någon regenerator? Den höjer effekten genom att återbörda värme till gasen när den passerar förflyttaren (displacern) från kall till varm sida och tvärtom. I din motor skulle den kunna sitta inuti förflyttaren, eller runtom.
Jag har inte kollat vad regeneratorn skule kunna bestå av. Det skall vara ett material som går lagom snabbt att värma upp och kyla ned, kan lagra lagom mycket värme och inte bromsar gasflödet för mycket.

I en lågtemperatursterling - en sån man ställer på en tekopp - är det en porös skumplastskiva i den platta delen som är både förflyttare och regenerator.

[bellasoda]

Jag tänkte inte använda några superexotiska material för regeneratorn, jag tänkte bygga displacern/förskjutningskolven i aluminium och eventuellt så fräser jag ytan på den med längsgående kylflänsar som agerar regenerator. Aluminium tar ju upp värme lätt i alla fall tänkte jag. Lyckas jag fräsa/svarva ner den till lagom godstjocklek så kommer nog den termiska massans storlek inte vara ett problem. Det är ju bara bra om den är lätt dessutom.

[bearing]

Cylindervolymen borde väl vara volymen som "kraftkolven" flyttar, d.v.s (kolvyta-kolvstångsyta)*slaglängd

Här finns en enkel kalkylator.
http://www.nmri.go.jp/eng/khirata/stirl ... implee.htm

Vet inte med hur stor nypa med salt man ska ta resultaten. Det finns en förklaring till matten som ligger bakom, så den som vill kontrollera matten kanske kan ge en kommentar.

Testade att knappa in siffror från V-161: 160cc, 130bar helium, 700°C hetta, 100°C kyla. Den räknade ut 10.5kW@2500 rpm. Varvtalet blev alltså högre än verkligheten. Testade då att ändra "Permitted temperature, Tlim" tills varvtalet blev 1500rpm. Den visade då 6kW. Så resultaten verkar ju ligga i närheten av verkligheten.

[Walle]

Jag tänkte inte använda några superexotiska material för regeneratorn, jag tänkte bygga displacern/förskjutningskolven i aluminium och eventuellt så fräser jag ytan på den med längsgående kylflänsar som agerar regenerator. Aluminium tar ju upp värme lätt i alla fall tänkte jag. Lyckas jag fräsa/svarva ner den till lagom godstjocklek så kommer nog den termiska massans storlek inte vara ett problem. Det är ju bara bra om den är lätt dessutom.

Jag tror inte det är en bra idé att göra den av aluminium. Aluminium leder värme på tok för bra. Vilket betyder att den kommer "läcka" mycket värme från varma till kalla sidan. Rostfritt tror jag är ett mycket bättre val! I princip alla regeneratorer jag har sett när jag har surfat runt och kollat på stirlingmotorer har varit i rf.

[bellasoda]

Jag har bara en regenerator som referens som jag har sett, men den bestod av koppar. Helt feltänkt kan det ju inte vara att ha en regenerator som snabbt överför värmen?

[Walle]

Jo, lite feltänk är det

Det man vill ha, för bättre verkningsgrad, är ett material med hög värmekapacitet (specific heat capacity) och låg värmekonduktivitet. Hög värmekonduktivitet orsakar vad man kan kalla "termisk kortslutning", med förlorad verkningsgrad som resultat. Koppar är ännu sämre än aluminium dock, koppar har lägre värmekapacitet och högre värmekonduktivitet än aluminium, så måste man välja mellan de båda så är aluminium bättre.

Värmekonduktiviteten för koppar är runt 380 W·m−1·K−1, och värmekapaciteten är 0.39 kJ/kg K.
För aluminum är siffrorna runt 240 W·m^−1·K^−1 och 0.91 kJ/kg K.
För rostfritt (304): ca 20 W·m−1·K−1 och ca 0.5 kJ/kg K

Av de tre valen är alltså rf det överlägset bästa valet.

[Gizmo]

Det finns ganska många skisser på Stirlingmotorer, men finns det någon som beskriver just regeneratorn? Alla foton och skisser jag har sett hittills där är den lite smått otydlig, jag fattar inte exakt hur den är konstruerad. Är det liksom bara överföring av värme, eller är det "ihåligt" asså tryck-kommunicerande mellan ena kolven och den andra? Hmm, får inte in dess konstruktion i skallen riktigt. Förstår någon min undran?

[Walle]

Jag förstår precis din undran, jag hade samma innan jag insåg hur den funkar

Det är gasen som passerar genom regeneratorn. Den varma gasen (som då är varmare än regeneratorn) passerar genom den på vägen till den kalla cylindern (om vi pratar alpha-konfiguration) och överlämnar då energi till regeneratorn i form av värme. Sen passerar gasen återigen genom regeneratorn på sin väg tillbaka till den varma cylindern. Gasen är då kallare än regeneratorn, varpå regeneratorn överför värme tillbaka till gasen.

Jag har hittils inte sett några faktiskta ritningar på en regenerator, men en teoretisk perfekt regenerator har oändligt stor yta, oändligt liten volym och oändligt litet flödesmotstånd, men tillräckligt med massa för att hålla värmeenergin. Ju högre värmekapacitet materialet har desto mindre mängd material behövs, och tar då upp mindre volym. Nu är det ju svårt att nå oändligheter, men det är en bra utgångspunkt för resonemangets skull. I praktiken består en regenerator antingen av ett poröst material, eller av ytterst tunna "skivor" (folie) i en eller annan konfiguration (bikakemönster ska vara helt ok har jag läst).

Edit: Jag ska förövrigt försöka köra några simuleringar på just regeneratorn, men jag kommer återkomma om det i ett senare inlägg (troligtvis inte idag). Jag kommer behöva en hel del hjälp att beräkna indata till simuleringen.

[säter]

Jag tror även det är en fördel om regeneratorn är lång.
Då utbildas en tydlig varm och kall ände.
Värmeöverföringen blir då att likna den i en motströmsvärmeväxlare.

[bearing]

Regeneratorn utför samma funktion som en halsduk över munnen på vintern. När man andas ut värmer utandningsluften halsdukens fibrer. När man andas in kommer värmen som lagrats i fibrerna värma upp luften när den passerar.
(Läste liknelsen med halsduken på någon stirlingmotorsida)

Regeneratorns ytor har idealt varma temperaturen i ena änden, kalla i andra, och en linjär övergång längs regeneratorns längd. Den har idealt så stor yta att gasen som passerar når samma temperatur som regeneratorns ytor. Idealt släpper regeneratorn förbi gasen helt utan motstånd.

[säter]

Mycket bra förklaring, Bearing!

[bellasoda]

Jo, lite feltänk är det

Det man vill ha, för bättre verkningsgrad, är ett material med hög värmekapacitet (specific heat capacity) och låg värmekonduktivitet. Hög värmekonduktivitet orsakar vad man kan kalla "termisk kortslutning", med förlorad verkningsgrad som resultat. Koppar är ännu sämre än aluminium dock, koppar har lägre värmekapacitet och högre värmekonduktivitet än aluminium, så måste man välja mellan de båda så är aluminium bättre.

Värmekonduktiviteten för koppar är runt 380 W·m−1·K−1, och värmekapaciteten är 0.39 kJ/kg K.
För aluminum är siffrorna runt 240 W·m^−1·K^−1 och 0.91 kJ/kg K.
För rostfritt (304): ca 20 W·m−1·K−1 och ca 0.5 kJ/kg K

Av de tre valen är alltså rf det överlägset bästa valet.

Jag tror inte det stämmer. Jag tror att det är precis tvärtom. Snarare är det så att displacern ska ha en hög termisk tröghet för att man inte ska ha den termiska kortslutningen. Mitt mål är att displacern i huvudsak ska bestå av luft, vilken kommer ta lång tid att värma upp då den är innesluten av ett tunt lager aluminium.

Den stirlingmotor jag såg hade en displacer i glas och där inuti fanns det massor av kopparull som agerade regenerator. Var den ett garanterat feltänk i sådana fall?

[Walle]

Du skriver "tvärtom", men du menar samma sak. Hög termisk "tröghet" är detsamma som låg termisk konduktivitet.

Och ja, kopparullen är långt från optimal då koppar har "låg termisk tröghet", d.v.s. hög termisk konduktivitet.