PDF《环保能源模型热空气引擎之研析》

环保能源模型热空气引擎之研析 1/7 篇名 环保能源模型热空气引擎之研析 作者 吴秉芸.

国立台中二中.二年十六班 赖政宏.国立台中二中.二年十六班 方嘉伟.国立台中二中.二年十六班 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 环保能源模型热空气引擎之研析 2/7 壹前言 在现今全球化的世界中,越来越多的问题已不是一人、一力或一地、一国所能解决的.而必须透过整个 国际间的合作,才能有效解决问题.其中尤以环保议题最为大众关心.更不可否认的,温室效应的影响 已经到了人人肉眼可见的地步.因此,如何有效减少二氧化碳的排放量便成了关键性的问题.而要解决 这个问题,便可从元凶之一「交通工具的引擎」方面改善.其中热空气引擎就是一种不会造成空气污染 的引擎.希望透过介绍模型热空气引擎,让大家认识热空气引擎不同於一般引擎的运作原理及方式,并 让大家了解它运用於交通工具上取代一般引擎的可能性. 贰正文 ㄧ、热空气引擎引擎简介

1、热空气引擎的发明 热空气引擎又俗称为史特林引擎,是英国苏格兰的罗伯特?史特林牧师於1816年所发明.当时正值工业 革命时代,因而外燃式蒸汽机成为最被广泛运用的动力机械.但为追求更大的马力,蒸汽机的加热温度 与操作压力不断提高,由於压力控制阀、锅炉本体的信赖性与安全性不高,当时经常发生爆炸事件,於 是罗伯特?史特林牧师应用热气球上升下降的原理来设计一种不会发生爆炸的安全热力机械,从而发明 了和蒸汽机一样是外燃机的热空气引擎.(注一)

2、热空气引擎的作动原理 A、空气的特性 像Fig.1一样,我们把一块橡皮套在一个罐子上.很简单的,当罐子被加热,橡皮将会鼓出来(如Fig.2), 而冷却的时候则会缩进去(如Fig.3).这是由於罐中空气的压力对橡皮产生了作用. PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 环保能源模型热空气引擎之研析 3/7 B、什麽是换气活塞(displacer piston) 我们把一个活塞放入罐中(如Fig.4),这个活塞必须要比罐子的内径稍小,因为它的作用是让空气上下 流动.然后我们加热罐子的底部,冷却罐子的上部.当产生了足够的温差后,试著手动改变活塞的位置. 当活塞向上移动的时候,会有更多的空气流到底部被加热而使橡皮鼓起 (如Fig.5) .当活塞向下移动时, 更多的空气流到上部被冷却而使橡皮收缩(如Fig.5).在史特林引擎中,这个通过让冷热空气上下交换 而改变内部压力的活塞,就叫做换气活塞或移气体 C、如何带动传动轴 将一连杆与换气活塞(displacer piston)结合,再与传动轴相接,当换气活塞(displacer piston)因为温差而上下 移动时而产生旋转动作而传动(如Fig.6&

7) PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 环保能源模型热空气引擎之研析 4/7 (注二)

二、模型热空气引擎简介 模型类别 重要零件 特色 玻璃管 活塞(钢丝绒) 橡胶手指套 铝片 塑胶弹片、 飞机木板 力的分解如图1,当引擎开 始运作,因为力的作用而 使前端翘起,之后引擎因 反弹而产生另一力分解如 图2,使前端又下降而向前 滑行,但因有塑胶弹片, 因此引擎能往返敲打使木 板持续向前移动直到动能 消耗完. 图1 图2 飞轮(光碟片) 连接管 移气器(玻璃管) 汽缸(压克力管、铜片、珍珠板) 曲轴机构与相位差(注三) 有了往复运动之后,活塞 便可以连结曲轴,将移动 的形式转换成旋转形式, 带动飞轮进行转动. 活塞推动曲轴(图片来 源:取自Web 科学工作 馆,1998) 为了能够让热室的气体交 换自动进行,因此我们亦 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 环保能源模型热空气引擎之研析 5/7 将移气活塞连结至曲轴, 让旋转的飞轮带动其进行 交换运作. 连结Displacer 交换器 (图片来源:取自Web 科 学工作馆,1998) 玻璃管 弹珠 移气器(玻璃注射 筒) 利用重力与惯性来推动移 气活塞的运动.(注四) (图片来源:取自Karim Nice,1995) 飞轮(光碟片) 汽缸(玻璃管) 活塞(钢丝绒) 移气器(玻璃注射 筒) 同模型二. PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 环保能源模型热空气引擎之研析 6/7 车轮 飞轮(光碟片) 汽缸(玻璃管) 活塞(钢丝绒) 移气器(玻璃注射 筒) 同模型二.只是将飞轮改 以车轮来代替,同时也证 明史特林引擎可用於交通 工具上.