斯特林引擎模型制作

前言

本書既可作為斯特林引擎模型的設(shè)計(jì)、制造手冊，也可作為今后以斯特林引擎為研究方向的專業(yè)人員的入門書。由于斯特林弓I擎是外燃機(jī)，它能利用各種各樣的熱源，特別是化石燃料被無節(jié)制使用，在給地球帶來的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻的今天，作為其對策的斯特林引擎再次受到各方面矚目。琦玉大學(xué)工學(xué)部機(jī)械專業(yè)的舊巖本研究室、明星大學(xué)理工學(xué)部機(jī)械系統(tǒng)工學(xué)科的濱口研究室及宇都宮大學(xué)教育學(xué)部的戶田研究室，長年把斯特林引擎作為畢業(yè)論文的研究題目，或者作為設(shè)計(jì)和加工等教科書中的題材。斯特林引擎模型的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，利用身邊常見的材料誰都能很容易地進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，讓學(xué)生動(dòng)手自制這種引擎，在整個(gè)過程中能使師生共同從中得到樂趣。通過引擎的制作過程，使學(xué)生加深理解熱能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換原理，同時(shí)也能體驗(yàn)到作品制作（制作、創(chuàng)造）的快樂。通過過去的實(shí)踐，斯特林引擎模型被認(rèn)為是培養(yǎng)研究人員和工程技術(shù)人員具有豐富想象力的出色教材。作者們在實(shí)際教學(xué)中把斯特林引擎作為教材，經(jīng)過了多年實(shí)踐，在“教育與研究”的專家們協(xié)同下，該書是以這樣的實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)寫成的：書中介紹的各種各樣形式的引擎模型都是實(shí)際做成的樣機(jī)，而且能運(yùn)行動(dòng)作。因此，本書中所述的自認(rèn)為滿意的內(nèi)容是斯特林引擎的基礎(chǔ)理論與設(shè)計(jì)制作的方法，本書是以“理論與實(shí)踐”為基礎(chǔ)、非常實(shí)用的入門書。這里，想扎實(shí)地學(xué)習(xí)斯特林引擎基礎(chǔ)的讀者必須遵守以下事項(xiàng)：（1）按照本書的順序認(rèn)真閱讀，扎實(shí)地學(xué)好斯特林引擎的理論及結(jié)構(gòu)。（2）根據(jù)例題的設(shè)計(jì)、制作說明，讀者必須親自動(dòng)手制作一臺(tái)以上的引擎模型。（3）運(yùn)行自制的引擎模型，必須完成輸出功率測試和性能評價(jià)。如果做到以上三點(diǎn)就能理解斯特林引擎是怎樣的引擎，能基本保證掌握基礎(chǔ)的理論與實(shí)踐。另外，技術(shù)發(fā)展的歷史（最初首先是實(shí)物）是實(shí)物（引擎）先制作出來，然后說明其機(jī)能和性能，之后，進(jìn)一步改進(jìn)和研發(fā)的理論才緊隨其后不斷發(fā)展出來。如果急切想知道斯特林引擎是怎樣的引擎請直接閱讀第5章。同時(shí)按照該章節(jié)的例題手冊自制一臺(tái)模型引擎并試著運(yùn)行一下，如果可以的話進(jìn)一步做一下輸出功率測試和性能評價(jià)，通過這個(gè)過程可以體會(huì)到斯特林引擎是根據(jù)怎樣的結(jié)構(gòu)來運(yùn)行的。

內(nèi)容概要

　　本教材分6章。介紹斯特林引擎的歷史、發(fā)展現(xiàn)狀、工作原理和特征，講解斯特林引擎的基礎(chǔ)理論及各類教學(xué)用引擎模型制作，介紹斯特林引擎模型的設(shè)計(jì)制作方法以及性能評價(jià)，最后介紹斯特林引擎的實(shí)際應(yīng)用情況。本書具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，可作為斯特林引擎模型的設(shè)計(jì)、制造手冊。讀者可以參照書中圖紙尺寸動(dòng)手制作，也可以根據(jù)書中的理論知識(shí)自己設(shè)計(jì)制作。不論是對實(shí)踐創(chuàng)造，還是研究學(xué)習(xí)，都具有一定的指導(dǎo)意義。　　本書作為一本實(shí)踐教材，不僅適合中學(xué)生、大學(xué)生、研究生，也同樣適合于專業(yè)技術(shù)人員閱讀、參考。

作者簡介

作者：（日本）濱口和洋 （日本）戶田富士夫 （日本）平田宏一 譯者：曹其新 凌芳 等

書籍目錄

第1章 歷史悠久的新型斯特林引擎1.1 斯特林引擎研發(fā)的歷史1.2 斯特林引擎的開發(fā)現(xiàn)狀1.2.1 蒸氣壓縮式熱泵驅(qū)動(dòng)用引擎1.2.2 發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)用引擎(小型動(dòng)力)1.2.3 地面太陽能發(fā)電用引擎1.2.4 空間太陽能發(fā)電及移動(dòng)用引擎1.2.5 汽車用引擎1.2.6 船用引擎1.2.7 其他的引擎1.3 斯特林制冷機(jī)1.4 Virumie制冷機(jī)參考文獻(xiàn)第2章 斯特林引擎的工作原理與特征2.1 斯特林引擎的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2.2 斯特林引擎的類型2.2.1 a型的斯特林引擎2.2.2 β型斯特林引擎2.2.3 γ型特斯林引擎2.2.4 復(fù)動(dòng)型斯特林引擎2.3 特斯林引擎的動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)2.3.1 自由活塞型引擎2.3.2 各種驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的特性2.4 高性能引擎和模型引擎2.5 模型斯特林引擎的構(gòu)造2.6 斯特林引擎的特點(diǎn)與課題參考文獻(xiàn)第3章 斯特林引擎的基礎(chǔ)理論3.1 斯特林循環(huán)的熱力學(xué)3.1.1 SI單位系3.1.2 熱與功3.1.3 p-V線圖與圖示功3.1.4 想氣體的可逆變化3.1.5 氣體循環(huán)3.1.6 斯特林循環(huán)3.1.7 循環(huán)與逆循環(huán)3.2 曲柄結(jié)構(gòu)的力學(xué)3.2.1 曲柄結(jié)構(gòu)的重要性3.2.2 單曲柄結(jié)構(gòu)的力學(xué)3.2.3 轉(zhuǎn)矩變動(dòng)與飛輪3.2.4 設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)3.3 等溫模型概要3.3.1 引擎的模型化及各空間的容積3.3.2 理想氣體的狀態(tài)式和引擎內(nèi)壓力3.3.3 p-V線圖及圖示功、圖示輸出功率3.4 史密特理論的計(jì)算式3.4.1 史密特理論的假設(shè)3.4.2 a型斯特林引擎的計(jì)算式3.4.3 p型斯特林引擎的計(jì)算式3.4.4 型斯特林引擎的計(jì)算式3.4.5 圖示功、圖示輸出功率及圖示熱效率3.4.6 史密特理論的算例3.4.7 十算結(jié)果3.5 通過簡單計(jì)算式預(yù)測軸輸出功率3.6 提高斯特林引擎性能的策略參考文獻(xiàn)第4章 教學(xué)用引擎4.1 玻璃球引擎4.2 玻璃球引擎小車4.3 空罐引擎4.4 試管引擎4.5 實(shí)驗(yàn)用試管引擎4.6 試管引擎汽車4.7 燒杯引擎4.8 比賽用引擎4.9 低溫差引擎4.10 娛樂引擎4.11 大功率型引擎4.12 特殊引擎4.13 教學(xué)用斯特林引擎最大軸輸出功率測算法參考文獻(xiàn)第5章 斯特林引擎模型的設(shè)計(jì)制作及性能評價(jià)5.1 設(shè)計(jì)方針5.2 設(shè)計(jì)計(jì)算方法5.2.1 壓力變動(dòng)計(jì)算5.2.2 轉(zhuǎn)矩變化的計(jì)算5.2.3 零件尺寸5.3 設(shè)計(jì)計(jì)算范例5.4 設(shè)計(jì)圖紙5.5 制作與組裝5.5.1 制作工序5.5.2 組裝的注意點(diǎn)5.5.3 組裝次序5.5.4 試運(yùn)行5.6 動(dòng)力測定方法5.7 測試用引擎5.8 引擎性能的測量方法5.8.1 動(dòng)力的測量5.8.2 轉(zhuǎn)速的測量5.8.3 工作空間溫度的測量5.8.4 工作空間壓力的測量與輸出的換算5.9 引擎性能測量結(jié)果5.10 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果的性能比較參考文獻(xiàn)第6章 斯特林引擎的應(yīng)用6.1 實(shí)用型斯特林引擎6.2 家用熱電聯(lián)合系統(tǒng)(CHP)裝置6.3 太陽能發(fā)電系統(tǒng)6.4 生物質(zhì)燃料發(fā)電系統(tǒng)6.5 展望參考文獻(xiàn)附錄1 各種引擎模型圖紙附錄1.1 空瓶引擎附錄1.2 α型斯特林引擎附錄1.3 實(shí)驗(yàn)用試管引擎附錄2 注射器的規(guī)格附錄3 小型軸承規(guī)格附錄4 程序設(shè)計(jì)一覽表

章節(jié)摘錄

插圖：東京大學(xué)原中島研究室進(jìn)行了作為微型生物體內(nèi)使用的激勵(lì)器以及作為分布式人工心臟的動(dòng)力源的微型引擎的研究。該引擎根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的排氣量換算得到0.05cm。的活塞行程容積，并確認(rèn)其能獨(dú)立運(yùn)行。圖1.25所示為試制的微型引擎。該引擎如果加熱面保持100℃，冷卻面保持0℃的話就能得到10mw的輸出功率。1860年，A.Kirk利用斯特林循環(huán)的逆循環(huán)成功制造出制冷機(jī)。作為斯特林制冷機(jī)能從大型液化裝置供液體空氣分離使用，支持對應(yīng)為0.5W左右熱負(fù)荷的小型機(jī)器，并且已經(jīng)實(shí)用化?？諝庖夯b置在1963年由Philips公司開始出售，并且為滿足研究機(jī)關(guān)等使用制冷劑的需求而被大量引進(jìn)，不過現(xiàn)在由于液化天然氣（LNG）等的利用，大量液化變?yōu)榭赡?，這個(gè)裝置處于逐漸減少的趨勢，不過至今還有需求。

編輯推薦

《斯特林引擎模型制作》編輯推薦：作者們在實(shí)際教學(xué)中把斯特林引擎作為教材，經(jīng)過了多年實(shí)踐，在“教育與研究”的專家們協(xié)同下，該書是以這樣的實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)寫成的：書中介紹的各種各樣形式的引擎模型都是實(shí)際做成的樣機(jī)，而且能運(yùn)行動(dòng)作。因此，《斯特林引擎模型制作》中所述的自認(rèn)為滿意的內(nèi)容是斯特林引擎的基礎(chǔ)理論與設(shè)計(jì)制作的方法，《斯特林引擎模型制作》是以“理論與實(shí)踐”為基礎(chǔ)、非常實(shí)用的入門書。

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