Описание проблемы, выбранной автором для решения, её актуальность
ОПИСАНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТА
Данная тема была выбрана не случайно, так как двигатели – это сердце современной цивилизации. Они обеспечивают рост производства, сокращают расстояния. Благодаря двигателям человек получает энергию, свет, тепло, информацию.
Но по мере истощения природных источников энергии стремление к всеобщей экономии в энергетике станет неизбежным. Естественно, что при таких обстоятельствах двигатель Стирлинга в сочетании с подзаряжаемой теплоаккумулирующей системой может оказаться доминирующим в двигательных установках для автомобилей и вообще для транспорта.
Можно с уверенностью гарантировать использование двигателей Стирлинга для стационарных энергетических систем в широком диапазоне мощностей. Очевидно, что эти двигатели найдут более широкое применение в тепловых насосах и холодильных системах.
Актуальность создания модели двигателя Стирлинга:
Знакомство учащихся средней и старшей школы с моделями двигателей Стирлинга на уроках физики.
Гипотеза создания модели:
Проверить возможность создания и работы модели двигателя Стирлинга в домашних условиях.
Цель создания модели двигателя Стирлинга:
Создание модели двигателя Стирлинга, его апробация в домашних условиях.
Задачи:
· Демонстрация модели двигателя Стирлинга на уроках физики как наглядное пособие.
· Проведение опытов с моделью двигателя Стирлинга.
Методики создания и принцип работы двигателя:
Хорошая альтернатива паровым машинам появилась с созданием двигателя Стирлинга, который мог преобразовывать в работу любую разницу температур. Основной принцип работы двигателя Стирлинга заключается в постоянно-чередуемых температурах: нагревании и охлаждении.
2. Имеющиеся варианты её решения и их недостатки:
Недостатки:
Наиболее распространенные в настоящее время двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков: их работа сопровождается шумом, вибрациями, они выделяют вредные отработавшие газы и потребляют много топлива.
Достоинства:
Известен класс двигателей, вред от которых минимален - это двигатели Стирлинга. Они работают по замкнутому циклу, без непрерывных микровзрывов в рабочих цилиндрах, практически без выделения вредных газов, да и топлива им требуется значительно меньше. Низкий уровень шума, малая токсичность выхлопа, возможность работы на различном топливе, большой ресурс, сравнимые с ДВС размеры и масса, хорошие характеристики в режимах частичной нагрузки (что особенно важно для городского транспорта) и благоприятные характеристики крутящего момента – все эти параметры дают возможность бросить вызов двигателю внутреннего сгорания.
Однако двигатели с искровым зажиганием и дизели с их большим разнообразием конструкций будут являться еще достаточно сильными конкурентами до тех пор, пока высококачественное очищенное топливо остается доступным при его относительном избытке на рынке.
3. Суть предложенного автором технического решения проблемы:
Данную проблему можно решить исходя из наблюдений, специального технического оборудования, попытаемся создать техническую разработку.
Модель двигателя Стирлинга представляет собой тепловую машину, в которой жидкое или газообразное рабочее тело двигается в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Такой двигатель основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.
Сначала была создана (в домашних условиях) первая модель двигателя Стирлинга, которая с трудом работала из-за того, что поршень не слишком плотно прилегал к стенкам пробирки. На нагрев воздуха в пробирке уходило от 10 до 12 минут. И работа поршня происходила с затруднением, очень медленно.
В ходе нагревания поршень в двигателе двигался очень медленно. Отсюда можно сделать вывод, что для правильной работы модели двигателя Стирлинга поршень должен плотно прилегать к стенкам пробирки. А в домашних условиях очень трудно это сделать.
Первая модель двигателя Стирлинга
Со временем данную модель немного усовершенствуем. Постараемся решить данную проблему, закажем поршень нужного диаметра на заводе.
Тогда в нашей модели нагрев воздуха в цилиндре будет происходить очень быстро, примерно за 1минуту. Поршень двигается очень быстро. В данную модель были добавлены светодиоды.
Видно, что работа, совершаемая двигателем, увеличилась в несколько раз.
Усовершенствованная модель двигателя Стирлинга.
4. Преимущества предложенного автором технического решения:
Преимущества модели двигателя Стирлинга:
1. Данная модель двигателя работаетот любого источника тепла, способного нагревать до температуры 80 градусов по Цельсию.
2. Мало шума, если модель установить на тяжёлую подставку, при этом возникает только небольшая вибрация при работе.
3. Двигатель не выделяет вредные отработанные газы.
Данная усовершенствованная модель двигателя Стирлинга оправдала себя в домашних условиях.
5. Вывод. Область применения решения:
Данную модель можно применить в качестве привода генератора постоянного тока, способного работать даже от солнечной энергии (путём нагрева) с помощью зеркальной системы.
Данную модель двигателя Стирлинга можно использовать на уроках физики, как наглядное пособие, так и для проведения опытов.