Любительский расчет стирлинга

Страница 2 из 3 Предыдущий  1, 2, 3  Следующий

Предыдущая тема Следующая тема Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Teoretic в Чт Июн 05, 2014 3:51 pm

Phisik пишет:а совместно порассуждать о конструктиве не хотите?
Ну только чисто теоретически... Wink
avatar
Teoretic

Сообщения : 108
Дата регистрации : 2011-07-08
Возраст : 57
Откуда : г. Армавир Краснодарский край

Посмотреть профиль http://bk0010.narod.ru/pashigorov/

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Phisik в Чт Июн 05, 2014 9:20 pm

во, а я бы практическую сторону представил, по возможности не сильно вдаваясь в теорию. Может сложив усилия найдем какое-то реалистичное решение?

в качестве первой итерации по конструктиву мне представляется такая картинка:


обычная газовая горелка в теплоизолированной камере дает примерно 600-650 градусов, но больше 600 рабочую температуру брать нельзя, резко начинает снижаться прочность стали(а спец материалы для гаражных условий использовать не реально). Герметизацию также надо обеспечивать в холодной зоне. Для крупногабаритных деталей точность изготовления должна быть на уровне напильника, небольшие детали можно изготовить точно, или взять какие-то стандартные высокоточные комплектующие. Температуру выхлопных газов горелки надо приблизить к температуре холодильника. Из этих соображений и получилась такая картинка.

Есть соображения по этому поводу?

Phisik

Сообщения : 16
Дата регистрации : 2014-06-04

Посмотреть профиль

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Teoretic в Пт Июн 06, 2014 12:23 pm

Phisik пишет:
в качестве первой итерации по конструктиву мне представляется такая картинка:
А где регенератор?
Без него лучше уж делать паровой двигатель.
Кстати, посмотрите в интернете самодельные паровые машины.
Конструкции не простые, а очень простые.
Стирлинг на мощности выше сотен ватт без регенератора не имеет смысла.
avatar
Teoretic

Сообщения : 108
Дата регистрации : 2011-07-08
Возраст : 57
Откуда : г. Армавир Краснодарский край

Посмотреть профиль http://bk0010.narod.ru/pashigorov/

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Phisik в Пт Июн 06, 2014 2:02 pm

регенератор - вертикальные стенки основного цилиндра и вытеснителя.

паровые машины имеют слишком малый кпд, необходимо приблизить полный кпд к 40-50%. Кроме того, паровые машины очень плохо укладываются в концепцию необслуживаемой установки.

Phisik

Сообщения : 16
Дата регистрации : 2014-06-04

Посмотреть профиль

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Teoretic в Пт Июн 06, 2014 4:05 pm

Phisik пишет:регенератор - вертикальные стенки основного цилиндра и вытеснителя.
Ерунда это, а не регенератор.
С таким "регенератором" КПД будет хуже, чем у паровой машины.
Регенератор на киловатты - это сама по себе непростая конструкция.
Вы вообще с концепцией стирлинга знакомы? Прочтите хоть статью в начале топика (а лучше - книгу Ридера или Уокера).
avatar
Teoretic

Сообщения : 108
Дата регистрации : 2011-07-08
Возраст : 57
Откуда : г. Армавир Краснодарский край

Посмотреть профиль http://bk0010.narod.ru/pashigorov/

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Phisik в Пт Июн 06, 2014 4:40 pm

Teoretic пишет:
Ерунда это, а не регенератор.

это интуитивное ощущение, или какие то прикидки делали?

с концепцией, да и вообще с физикой знаком. Тепловая мощность регенератора должна быть где-то на порядок больше выходной мощности агрегата, можно ли это выжать из межцилиндрового зазора - надо думать.

Phisik

Сообщения : 16
Дата регистрации : 2014-06-04

Посмотреть профиль

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Teoretic в Пт Июн 06, 2014 4:49 pm

Phisik пишет:
Teoretic пишет:Ерунда это, а не регенератор.
это интуитивное ощущение, или какие то прикидки делали?
В моей статье есть прикидочный расчет регенератора.
Обратите внимание на требуемую массу насадки во-первых,
и необходимость обеспечения площади поверхности насадки (для обеспечения
теплообмена со скоростью десятки раз в секунду) во-вторых.
avatar
Teoretic

Сообщения : 108
Дата регистрации : 2011-07-08
Возраст : 57
Откуда : г. Армавир Краснодарский край

Посмотреть профиль http://bk0010.narod.ru/pashigorov/

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Phisik в Пт Июн 06, 2014 5:09 pm

Teoretic пишет:
Обратите внимание на требуемую массу насадки во-первых,
и необходимость обеспечения площади поверхности насадки (для обеспечения
теплообмена со скоростью десятки раз в секунду) во-вторых.

с массой (то есть общей теплоемкостью) стенок проблем нет.  Скорость теплообмена - вопрос гораздо менее очевидный. Рабочий режим больше 3-4 циклов в секунду делать не стоит.
Покопавшись в гараже, обнаружил, что наиболее подходящим сырьем для изготовления основного цилиндра является кислородный баллон. Параметры примерно таковы: внутренний диаметр 203-204 мм, толщина стенок 8мм, высота около 1.2м, масса около 50кг. Точную марку стали сказать не могу, но судя по тому как обрабатывается - что-то похожее на 30ХГСА, теплопроводность можно полагать примерно 40 Вт/(м*К).
Это значит, что теплопотери по стенкам вдоль цилиндра при перепаде 600 градусов составят около 100 Дж, что вполне приемлемо. Площадь поверхности 2*7650 см2, реальный зазор между цилиндрами можно обеспечить в диапазоне 0.5-1.5мм. Но сказать так сходу какова будет динамика теплообмена при такой геометрии газового потока не могу. Да, в качестве рабочего тела желательно использовать СО2, давление естественно надо брать повышенное, ну думаю атмосфер 20-30 можно.
Если скорости теплообмена сильно не хватит - значит надо думать о дополнительном заполнении зазора той же проволокой.

Phisik

Сообщения : 16
Дата регистрации : 2014-06-04

Посмотреть профиль

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Teoretic в Пт Июн 06, 2014 6:32 pm

Phisik пишет:
с массой (то есть общей теплоемкостью) стенок проблем нет.  
При такой маленькой площади поверхности никакой регенерации не будет.
Гляньте у Уокера, как делают регенераторы. Насадка - стопка сеток из проволоки 0.02-0.05 (чем тоньше, тем лучше). Длина регенератора примерно вдвое больше диаметра.
Phisik пишет:
Это значит, что теплопотери по стенкам вдоль цилиндра при перепаде 600 градусов составят около 100 Дж, что вполне приемлемо.
У меня получилось 240 Вт (а не Джоулей). Это только вдоль стенок!
Phisik пишет:
Да, в качестве рабочего тела желательно использовать СО2, давление естественно надо брать повышенное, ну думаю атмосфер 20-30 можно.
Если скорости теплообмена сильно не хватит - значит надо думать о дополнительном заполнении зазора той же проволокой.

Никакой не будет скорости теплообмена. Нуль.
Хотите за 0.01 с прогреть газом стальную стенку на 8 мм в глубину?
Потому речь и идет о площади поверхности. В глубину материала насадка
не успевает работать.

Для наших целей воздух в качестве рабочего тела - наилучшее решение.
Какие супер-пупер выгоды от СО2?
Даже молекулярный вес у него заметно больше, чем у азота с кислородом.

И опять вы про повышение давления. Какую вы от этого видите выгоду?
Недостатков - полно, для любителя очень крупные.
avatar
Teoretic

Сообщения : 108
Дата регистрации : 2011-07-08
Возраст : 57
Откуда : г. Армавир Краснодарский край

Посмотреть профиль http://bk0010.narod.ru/pashigorov/

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Phisik в Пт Июн 06, 2014 10:13 pm

Teoretic пишет:
При такой маленькой площади поверхности никакой регенерации не будет.
Гляньте у Уокера, как делают регенераторы. Насадка - стопка сеток из проволоки 0.02-0.05 (чем тоньше, тем лучше). Длина регенератора примерно вдвое больше диаметра.
ммм... у Уокера написано "При отсутствии достаточно хорошей теории ниже дается лишь несколько полезных советов по конструирования регенераторов". Ну и еще там чё то про отсутствие экспериментальных данных. Я бы не стал в таких условиях делать сколь либо категоричные выводы.

Teoretic пишет:
У меня получилось 240 Вт (а не Джоулей). Это только вдоль стенок!
ну да, ватт конечно, очепятка. Мой калькулятор выдал 40*0.66*0*008*600/1.2 = 105 Вт
А восклицательный знак тут к чему, где еще можно ожидать значительно более существенные потери?

Teoretic пишет:
Никакой не будет скорости теплообмена. Нуль.
Хотите за 0.01 с прогреть газом стальную стенку на 8 мм в глубину?
Потому речь и идет о площади поверхности. В глубину материала насадка
не успевает работать.
не понял, причем тут скоростной прогрев стальной стенки в глубину, её температура как раз должна оставаться как можно стабильней. Прогреть должна эта стенка слой газа миллиметровой толщины и за время 0.1 секунды. В качестве экспериментальных данных можно рассмотреть обычный газовый котел: площадь внутреннего теплообменника около полуметра, причем конструктив там такой, что и время контакта газа и вообще вид этой штуки вызывает большие сомнения, тем не менее совершенно спокойно снимается 20-30 киловатт.

Teoretic пишет:
Для наших целей воздух в качестве рабочего тела - наилучшее решение.
Какие супер-пупер выгоды от СО2?
Даже молекулярный вес у него заметно больше, чем у азота с кислородом.

И опять вы про повышение давления. Какую вы от этого видите выгоду?
Недостатков - полно, для любителя очень крупные.

во первых СО2 легко заправлять от обычного огнетушителя, в принципе этого уже достаточно. Но есть и еще ряд бонусов: теплоемкость чуток поменьше чем у воздуха, для регенератора облегчение, неплохие окна поглощения в инфракрасном диапазоне, а значит есть надежда на теплоперенос излучением, по крайней мере в горячей части - это может весьма заметно повлиять на скорость теплообмена, ну и опять же отсутствие окисления и коррозии в горячей зоне. Больший молекулярный вес тоже выглядит плюсом для регенератора.
Что касается необходимости повышения давления - констуктивно я пока вижу серьезные преимущества, при небольших и достаточно легко решаемых проблемках. Без повышенного давления получить из подручных средств даже один киловатт - как то совсем не складывается.

Phisik

Сообщения : 16
Дата регистрации : 2014-06-04

Посмотреть профиль

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  aligsen в Сб Июн 07, 2014 2:16 am

а вот еще интересный вопрос, как будет себя вести солнечный концентратор со стирлингом в разное время суток?
допустим в пиковом режиме он вырабатывает 1 квт электрической энергии
нашел инсоляцию солнечной активности вт/м2
8 131.58
9 453.38
10 919.03
11 1060.1
12 974.37
13 717.14
14 371.4
15 49.98
16 22.1
то есть в 11 часов если расчет правильный с учетом потерь и в солнечную погоду стирлинг дает мощность ровно 1 квт.
а как он будет вести себя в 8 часов утра? можно ли считать что его выработка будет равна пропорциональна солнечной активности? то есть около 125-130 вт?
или он может перестать работать в определенный момент,? из-за нехватки температуры при достаточно большой установленной мощности

aligsen

Сообщения : 5
Дата регистрации : 2014-05-27

Посмотреть профиль

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Teoretic в Сб Июн 07, 2014 3:14 am

Phisik пишет:
Мой калькулятор выдал 40*0.66*0*008*600/1.2 = 105 Вт
А восклицательный знак тут к чему, где еще можно ожидать значительно более существенные потери?
Похоже, я радиус с диаметром спутал.  Wink
Ну пусть 100 Вт, возможно это не самое страшное...
Phisik пишет:
не понял, причем тут скоростной прогрев стальной стенки в глубину, её температура как раз должна оставаться как можно стабильней. Прогреть должна эта стенка слой газа миллиметровой толщины и за время 0.1 секунды.

В качестве экспериментальных данных можно рассмотреть обычный газовый котел
Вот здесь
http://stirlingengine.ukrainianforum.net/t85-topic
я изложил свои соображения в том числе и по поводу регенератора.
Пример с газовым котлом весьма неудачен. Он работает в постоянном режиме,
в одном направлении и при весьма высоком температурном перепаде.
У стирлинга все с точностью до наоборот.
При 10 циклах в секунду (это еще очень медленно!) время прохода газа через
регенератор - 0.05 с, а на самом деле еще меньше, поскольку движение
неравномерное. Теплоемкость насадки должна быть такова, чтобы ее температура
в процессе теплообмена менялась незначительно. Отсюда я делаю вывод о 20-50
кратном запасе теплоемкости насадки по сравнению с теплоемкостью рабочего
тела. Теплообмен должен происходить при очень маленьком температурном перепаде
и за очень малое время. Обеспечить достаточный поток тепла в таких условиях
можно только увеличивая поверхность теплообмена. Так что ваши 0.7-1.5 кв.м
- это капля в море. (Ну прикиньте площадь поверхности 0.5 кг проволоки 0.01.
По ссылке выше я такое делаю)
Phisik пишет:
во первых СО2 легко заправлять от обычного огнетушителя, в принципе этого уже достаточно.
Что касается необходимости повышения давления - констуктивно я пока вижу серьезные преимущества, при небольших и достаточно легко решаемых проблемках. Без повышенного давления получить из подручных средств даже один киловатт - как то совсем не складывается.
Ну что ж. Если для вас постоянная дозаправка из огнетушителя это очень дешево,
и прекрасно вписывается в концепцию необслуживания - делайте.
При этом проблема герметичности уплотнений никуда не девается.
(Рассуждения по поводу молекулярной массы и теплоемкости я считаю
на уровне ошибки измерения, эти параметры кардинально ни на что не влияют).
Это мы еще не рассматривали проблемы переноса тепла через толстые стенки, необходимые
при высоком давлении.
Три киловатта может дать 30-литровый атмосферник без всех этих проблем.
Даже 50-литровая банка смотрится весьма маленькой на фоне вашего концентратора.
Ой, концентратор-то не ваш! Wink)
Ну а в сарай возле дома тем более поместится.
avatar
Teoretic

Сообщения : 108
Дата регистрации : 2011-07-08
Возраст : 57
Откуда : г. Армавир Краснодарский край

Посмотреть профиль http://bk0010.narod.ru/pashigorov/

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Teoretic в Сб Июн 07, 2014 3:18 am

aligsen пишет:а вот еще интересный вопрос, как будет себя вести солнечный  концентратор со стирлингом  в разное время суток?
Ну так и будет, как вы написали. При низком солнце мощность будет падать, а недалеко от
восхода-захода вообще не будет работать.
avatar
Teoretic

Сообщения : 108
Дата регистрации : 2011-07-08
Возраст : 57
Откуда : г. Армавир Краснодарский край

Посмотреть профиль http://bk0010.narod.ru/pashigorov/

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Phisik в Сб Июн 07, 2014 3:46 am

Teoretic пишет:
Вот здесь
http://stirlingengine.ukrainianforum.net/t85-topic
я изложил свои соображения в том числе и по поводу регенератора.
Пример с газовым котлом весьма неудачен. Он работает в постоянном режиме,
в одном направлении и при весьма высоком температурном перепаде.
У стирлинга все с точностью до наоборот.
При 10 циклах в секунду (это еще очень медленно!) время прохода газа через
регенератор - 0.05 с, а на самом деле еще меньше, поскольку движение
неравномерное. Теплоемкость насадки должна быть такова, чтобы ее температура
в процессе теплообмена менялась незначительно. Отсюда я делаю вывод о 20-50
кратном запасе теплоемкости насадки по сравнению с теплоемкостью рабочего
тела. Теплообмен должен происходить при очень маленьком температурном перепаде
и за очень малое время. Обеспечить достаточный поток тепла в таких условиях
можно только увеличивая поверхность теплообмена. Так что ваши 0.7-1.5 кв.м
- это капля в море. (Ну прикиньте площадь поверхности 0.5 кг проволоки 0.01.
По ссылке выше я такое делаю)

то, что в ссылке я естественно прочитал еще до первого своего сообщения. То, что дальше - набор как минимум не обоснованных утверждений, ну и термин "капля в море" далековат от численных результатов. В данном случае вопрос можно решить всего двумя способами: либо найти способ хотя бы приблизительного эмпирического расчета (именно этого варианта конструкции), либо измерить экспериментально.
Уточняю, максимальная частота вращения не должна превышать 4 оборотов в секунду. Требование минимальности термо перепада тоже не очевидно. Кое какие реальные данные измерения по котлу у меня есть, если их можно использовать для расчетов - могу привести.


Teoretic пишет:
Ну что ж. Если для вас постоянная дозаправка из огнетушителя это очень дешево,
и прекрасно вписывается в концепцию необслуживания - делайте.
Три киловатта может дать 30-литровый атмосферник без всех этих проблем.

дозаправка раз в несколько лет меня не огорчит, а достигается в такой конструкции это довольно просто. Если же полный кпд в летнем режиме будет меньше 40%, то затея выходит на грань потери смысла, а мне так сдается 30-литровый атмосферник выдаст процентов 15, ну может 20 - тогда дешевле пользоваться обычным центральным энергоснабжением.
Не, но вообще если Вам не интересно - просто скажите, я же не пропихиваю какой то конкретный проект на тендер, и не ради искусства, а просто пытаюсь найти вариант, который будет экономически целесообразен.


Последний раз редактировалось: Phisik (Сб Июн 07, 2014 4:14 am), всего редактировалось 1 раз(а)

Phisik

Сообщения : 16
Дата регистрации : 2014-06-04

Посмотреть профиль

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  aligsen в Сб Июн 07, 2014 4:10 am

Teoretic пишет:
Ну так и будет, как вы написали. При низком солнце мощность будет падать, а недалеко от
восхода-захода вообще не будет работать.
Спасибо за консультацию)

aligsen

Сообщения : 5
Дата регистрации : 2014-05-27

Посмотреть профиль

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Teoretic в Сб Июн 07, 2014 5:52 am

Phisik пишет:То, что дальше - набор как минимум не обоснованных утверждений,
Что именно вы считаете необоснованным?
Phisik пишет:
ну и термин "капля в море" далековат от численных результатов.

В книге Круглова даны более серьезные подходы к расчету стирлинга.
Я же сознательно пошел по пути упрощения, поскольку любитель не имеет
возможности учесть такое множество параметров с требуемой точностью.
Предлагаемый мною расчет позволяет оценить количество необходимой
насадки для регенератора. А что площадь поверхности насадки должна
быть велика, ясно из того, что процессы в идеальном стирлинге квазистатические,то есть перепады температуры при теплообмене бесконечно малы.
Конечно, это условие невыполнимо, но надо хотя бы к нему стремиться,
насколько это возможно.
Вот я вижу у Круглова рекомендуется проволоку для регенератора брать 20-40
микрон. То есть площадь поверхности 100 г такой проволоки составит примерно
20 кв.м. Нам для 3 квт движка понадобится раз в 5-10 больше насадки.
Плохой регенератор роняет КПД в несколько раз.
Phisik пишет:
Уточняю, максимальная частота вращения не должна превышать 4 оборотов в секунду.
Почему?
Phisik пишет:
дозаправка раз в несколько лет меня не огорчит, а достигается в такой конструкции это довольно просто.  
Мне удивителен ваш оптимизм. При давлении в десятки атмосфер создать на коленке
герметичные на годы уплотнения... Снимаю шляпу.
Но почему-то мне кажется, речь идет о днях, ну, неделях.
Phisik пишет:
Если же полный кпд в летнем режиме будет меньше 40%, то затея выходит на грань потери смысла, а мне так сдается 30-литровый атмосферник выдаст процентов 15, ну может 20  
Не пойму, каким образом вы связываете давление с КПД? Там нет никакой связи.
КПД определяется разницей температур, а давление всего лишь влияет на удельную
мощность.
avatar
Teoretic

Сообщения : 108
Дата регистрации : 2011-07-08
Возраст : 57
Откуда : г. Армавир Краснодарский край

Посмотреть профиль http://bk0010.narod.ru/pashigorov/

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Phisik в Сб Июн 07, 2014 6:53 am

Teoretic пишет:
Что именно вы считаете необоснованным?
Ну скажем большой перепад температур в котле - по моим измерениям вроде совсем не большой. Цикличность работы тоже несколько не при делах. Но давайте так, я по этому вопросу на днях посмотрю, есть ли возможность расчетную задачку запустить, потом вернемся к этому вопросу.

Teoretic пишет:
То есть площадь поверхности 100 г такой проволоки составит примерно
20 кв.м. Нам для 3 квт движка понадобится раз в 5-10 больше насадки.
Плохой регенератор роняет КПД в несколько раз.
Phisik пишет:
Уточняю, максимальная частота вращения не должна превышать 4 оборотов в секунду.
Почему?
да Вы напрасно меня за коммунизм агитируете, конечно важность регенератора очевидна, площадь поверхности замечательно, но тут же вопрос найти технологический компромисс. Если упрощенный регенератор получится втиснуть в требуемые параметры, то, как говорится, лучшее враг хорошего.
Ограничения на обороты в данной конструкции возникают и из упрощений по регенератору, и из требований моторесурса при столь большой громоздкости конструкции.
Вообще влияние регенератора на кпд сводится к уменьшению эффективной температуры нагревателя и увеличению эффективной температуры холодильника, если газ не успевает уравновеситься с регенератором, так что надо всё же попробовать посчитать какой будет температурный разрыв в данном случае - что-то конкретное по этому поводу надеюсь выяснить через несколько дней.

Teoretic пишет:
Мне удивителен ваш оптимизм. При давлении в десятки атмосфер создать на коленке
герметичные на годы уплотнения... Снимаю шляпу.
Зачем создавать то, просто взять готовые. Например автомобильные газовые пружины(которые заднюю дверцу подымают) имеют давление в десятки атмосфер и работают десятки лет без всякой видимой деградации, их легко можно доработать напильником под данные нужды.



Teoretic пишет:
Не пойму, каким образом вы связываете давление с КПД? Там нет никакой связи.
КПД определяется разницей температур, а давление всего лишь влияет на удельную
мощность.
ды очень просто, достижимая разница температур сильно зависит от конструктива. Если какую то картиночку с примерными размерами приведете - можно попробовать оценить достижимые температуры, но то, что мне в голову приходит - на больших объемах нагреватель и до 400 градусов дотянуть сомнительно. При 600 градусах 4мм обычная сталь покоробится сразу, а через год и вовсе прогорит насквозь. Ну а если брать кислородный баллон из столь прочной стали, рассчитанный на 200 атмосфер - то не использовать возможность повышения давления как то странно.

Phisik

Сообщения : 16
Дата регистрации : 2014-06-04

Посмотреть профиль

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Teoretic в Вс Июн 08, 2014 4:22 am

Phisik пишет:Ну скажем большой перепад температур в котле
А что там считать? Температура воды около 100 градусов, температура пламени -
наверное, не меньше 800.
А в стирлинге в регенераторе при теплообмене - единицы градусов, а в идеале
гораздо меньше.
Phisik пишет:
найти технологический компромисс. Если упрощенный регенератор получится втиснуть в требуемые параметры,
Зачем создавать то, просто взять готовые. Например автомобильные газовые пружины
Вот что вы имеете в виду! Только для обсуждаемой мощности объемы не те.
У вас есть что-то на примете?
А вообще-то я совершенно не против и высокого давления, и повышения температуры.
Просто я смотрю со своей точки зрения, своих возможностей. Ничего этого я сам
сделать не смогу.
И сразу замахиваться на киловатты я бы не стал. Собираюсь делать прототип
объемом порядка литра-двух на мощность около сотни ватт. Там уже вылезет,
что и как.
Но без нормального регенератора (а в предлагаемой вами конструкции его нет,
что бы вы там себе не представляли) лучше делать паровую машину.
При должном выполнении КПД будет не хуже, а конструкция гораздо проще.
avatar
Teoretic

Сообщения : 108
Дата регистрации : 2011-07-08
Возраст : 57
Откуда : г. Армавир Краснодарский край

Посмотреть профиль http://bk0010.narod.ru/pashigorov/

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Teoretic в Вс Июн 08, 2014 5:06 am

Да, о конструкции.
То, что вы предложили, это даже не эскиз стирлинга. Это лишь малая часть,
показывающая компоновку, то есть, видно, что это гамма-стирлинг.
И не более того.
Для стирлинга с повышенным давлением (не атмосферника) совершенно необходимо
наличие противодавления на рабочий поршень. Проще всего это делается
так называемой буферной областью в герметичном картере. То есть картер
накачивается до рабочего давления, уравновешивая поршень. (Но может быть,
вы что-то свое придумали, но нам это неизвестно.)
Объем холодного цилиндра (при ваших параметрах) будет примерно такой же, как и горячего (вы очень маленький нарисовали).
С герметичным картером надо как-то продумать систему охлаждения.
Отводить около 5 кВт - это не шутка. Такова мощность проточных бытовых водогреек, так температура воды на выходе у них не 20 градусов. Нужен водяной насос.
avatar
Teoretic

Сообщения : 108
Дата регистрации : 2011-07-08
Возраст : 57
Откуда : г. Армавир Краснодарский край

Посмотреть профиль http://bk0010.narod.ru/pashigorov/

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Phisik в Вс Июн 08, 2014 5:21 am

Teoretic пишет:
А что там считать? Температура воды около 100 градусов, температура пламени -
наверное, не меньше 800.
А в стирлинге в регенераторе при теплообмене - единицы градусов, а в идеале
гораздо меньше.

Там ситуация примерно такова. Температура самого пламени около 1000 градусов (с оценочной точностью термопары около 50 градусов), дальше пламя смешивается с достаточно значительным объемом воздуха, и к теплообменнику подходит с температурой думаю 300-400 градусов (напрямую не мерил, по косвенным данным). В простейшем котле трубки теплообменника расположены примерно в полуметре от пламени. Сам теплообменник выглядит как домик с треугольной крышей из труб (11 штук) внешним диаметром 50мм и высотой примерно сантиметров 50, расстояние между трубами несколько см. При температуре теплоносителя 70 градусов - температура выходного потока (дымовой трубы) меньше 100 градусов. Скорость потока измерить не могу, но на глаз думаю больше десятых м/с, ну и еще надо про приграничный слой помнить. То есть имеем достаточно быстрый обмен до разрыва в 30 градусов.

Для рассматриваемой конструкции двигателя такой термо разрыв означает, что при температуре самого цилиндра от 50 на холодильнике до 600 на горелке, температуры рабочего тела будут от 80 до 570, то есть термодинамический кпд 58%. Вклад от теплопередачи самих крышек рабочему телу будем заметно меньше чем от стенок, так что сильно кпд не снизит. Ну на кпд самой горелки конечно надо домножить, в данном исполнении это 0.85-0.9, кпд электрогенератора тоже за 0.9. И  больше каких то существенных потерь не заметно, обороты малы - цикл почти идеальный, трения тоже не видать.

Teoretic пишет:
Вот что вы имеете в виду! Только для обсуждаемой мощности объемы не те.
У вас есть что-то на примете?
да вроде с объемом всё нормально, в нарисованной мной картинке подвижная герметизация только у двух тонких верхних штоков, рабочий объем можно задать 3 литра при давлении 20 атмосфер - разве не хватит?

Teoretic пишет:
А вообще-то я совершенно не против и высокого давления, и повышения температуры.
Просто я смотрю со своей точки зрения, своих возможностей. Ничего этого я сам
сделать не смогу.
И сразу замахиваться на киловатты я бы не стал. Собираюсь делать прототип
объемом порядка литра-двух на мощность около сотни ватт. Там уже вылезет,
что и как.
Но без нормального регенератора (а в предлагаемой вами конструкции его нет,
что бы вы там себе не представляли) лучше делать паровую машину.
При должном выполнении КПД будет не хуже, а конструкция гораздо проще.

ну насчет возможностей изготовления - у меня конечно гараж довольно продвинутый, но вообще то ничего такого, что нельзя будет потом воспроизвести в обычных условиях. Разработка это одно, а потом воспроизвести по точным чертежам и инструкциям - это уже намного проще. Но вот замахиваться всё таки придется сразу, поведение установки на 100 ватт и на 10 киловатт отличаются принципиально, просто так оно не масштабируется.
Насчет регенератора уже говорил - надо считать, но даже если одним тонким зазором не получится обойтись - тут резерв модернизации более чем достаточный, например можно увеличить зазор и запихать туда еще листы из оцинковки. Или даже проволки спутанной, размер то у него более чем приличный.

С паровой машиной без шансов, это я уже думал, там пара десятков причин, и каждая из них на уровне "во первых у меня не было пороха". А стирлинга пока еще не похоронил.

Phisik

Сообщения : 16
Дата регистрации : 2014-06-04

Посмотреть профиль

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Phisik в Вс Июн 08, 2014 5:32 am

Teoretic пишет:Да, о конструкции.
То, что вы предложили, это даже не эскиз стирлинга. Это лишь малая часть,
показывающая компоновку, то есть, видно, что это гамма-стирлинг.
И не более того.

конечно это просто набросок, чертежи пока в основном в голове, и что бы их начать переносить в компас надо сначала убедится в реальности. Противодавление в данном случае автоматически получилось, ну и с объемами и усилиями на штоке я предварительно оценки сделал, вроде нормально, охлаждение конечно со стандартным рециркуляционным насосом, они по любому нынче в системе отопления ставятся.

объемы кстати можно так распределить:
ход вытеснителя 10см - объем 3 литра,
зазор 1мм - объем 0.6 литра,
ход рабочего поршня 10см, площадь 50 см2, тяговое усилие до 3 тонн, регулировка мощности фазовая.

Phisik

Сообщения : 16
Дата регистрации : 2014-06-04

Посмотреть профиль

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Teoretic в Вс Июн 08, 2014 6:46 pm

Я надеюсь, вы сможете посчитать теплообмен в регенераторе.
Потому что у вас как-то непоследовательно: боремся за каждый процент КПД,
а самой важной детали, влияющей на него не уделяем никакого внимания.

На вашей схеме не хватает буферной полости с картером.
Также кривошипно-шатунного механизма, маховика и генератора. С ними проблема
уплотнений видится несколько иначе. Думали, как будете энергию от стирлинга выводить?
avatar
Teoretic

Сообщения : 108
Дата регистрации : 2011-07-08
Возраст : 57
Откуда : г. Армавир Краснодарский край

Посмотреть профиль http://bk0010.narod.ru/pashigorov/

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Phisik в Вс Июн 08, 2014 11:01 pm

Teoretic пишет:Я надеюсь, вы сможете посчитать теплообмен в регенераторе.
Потому что у вас как-то непоследовательно: боремся за каждый процент КПД,
а самой важной детали, влияющей на него не уделяем никакого внимания.

не могу согласится, как раз только этой детали сейчас всё внимание, просто нужна хоть какая то определенность. Данным измерений я более менее доверяю, но и то никогда не забывая о всяческих погрешностях и систематических ошибках. Расчетам доверяю еще меньше, но если методика расчета достаточно отлажена и экспериментально проверена - то пользоваться можно. А всё остальное - это гадание на кофейной гуще, предметом моих мыслительных процессов не является.
По расчету: мне вроде пообещали на днях счетную схему подготовить, правда с сильными упрощениями, но хоть че то. Как только результат появиться - сообщу.

Teoretic пишет:
На вашей схеме не хватает буферной полости с картером.
Также кривошипно-шатунного механизма, маховика и генератора. С ними проблема
уплотнений видится несколько иначе. Думали, как будете энергию от стирлинга выводить?

на картинке вверху два тонких штока нарисованы, именно они и герметизируются(всё остальное либо сварка, либо намертво зажатые прокладки), при этом над рабочим цилиндром полностью замкнутый объем получится (думаю можно раза в два или в три больше чем объем рабочего хода сделать). Так что никакого картера уже не требуется, прямо на верхней крышке креплю стойки в которых сборный коленвал с механизмом сдвига фазы и автомобильным маховиком. Сбоку от маховика генератор с шестеренкой от стартера, при этом частота генератора получится 3000 об/мин при частоте двигателя 4 оборота в секунду, то есть очень даже хорошо. Есть и на 1500 об/мин генераторы, но удастся ли купить не понятно.  Ну и вся конструкция в целом подвешивается за верхнюю крышку внутри рамы из квадратных стальных труб.


да, параметры объемов которые я привел в предыдущем сообщении - это верхние пределы, достижимые без существенных технологических проблем, ну ходы можно еще немного увеличить до 15 см, хотя это уже будут заметные проблемы. Может пока посмотрите из своих знаний каким образом лучше распределить объемы для оптимизации в целом?

Phisik

Сообщения : 16
Дата регистрации : 2014-06-04

Посмотреть профиль

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Teoretic в Пн Июн 09, 2014 5:23 am

Я объемы оцениваю так. Отношение максимального объема рабочего тела к минимальному равно отношению абсолютных температур нагревателя и холодильника.
Принимая минимальный объем равным объему горячего цилиндра, а максимальный -
сумме объемов горячего и холодного цилиндров, получаем объем холодного
цилиндра
Vx = (T2/T1 - 1) * Vг
Для температур 600 и 50 градусов получаем объем холодного цилиндра
в 1.7 раза больше объема горячего цилиндра.
Объем буферной полости желательно иметь в несколько раз больше
объема холодного цилиндра, иначе она будет работать как очень
жесткая пружина (придется увеличивать момент инерции маховика, плюс
дополнителная бесполезная нагрузка на кривошипно-шатунный механизм).
avatar
Teoretic

Сообщения : 108
Дата регистрации : 2011-07-08
Возраст : 57
Откуда : г. Армавир Краснодарский край

Посмотреть профиль http://bk0010.narod.ru/pashigorov/

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Phisik в Пн Июн 09, 2014 6:25 am

эти соображения наверное больше для альфа-бета подходят? Мне кажется в данном случае есть смысл специальную программку для оптимизации сделать. Здесь получается объем в камере нагревателя (он же в камере холодильника), мертвый объем в зазоре регенератора, объем под рабочий  поршнем, объем противодавления над поршнем. Из выходных оптимизируемых параметров: минимизация магнитуды тяги на штоке, максимизация кпд и выходной мощности. Я бы слепил программку на сишарпе, но сам очень уж не люблю с формулами возится, мне напильник с автогеном привычнее. Возьметесь поруководить процессом программирования?

Во, хорошо бы еще фазовращатель учесть, я думаю сделать его можно примерно так:

Phisik

Сообщения : 16
Дата регистрации : 2014-06-04

Посмотреть профиль

Вернуться к началу Перейти вниз

Re: Любительский расчет стирлинга

Сообщение  Спонсируемый контент


Спонсируемый контент


Вернуться к началу Перейти вниз

Страница 2 из 3 Предыдущий  1, 2, 3  Следующий

Предыдущая тема Следующая тема Вернуться к началу


 
Права доступа к этому форуму:
Вы не можете отвечать на сообщения