Оқушысы: 9сынып Досмаханбетова Арайлым Ғылыми жетекші: Мұғалімі Юсупова Л. Т мазмұны Кіріспе

Перспективті жылу қозғалтқыштарын зерттеу және стирлинг жылу қозғалтқышының практикалық өнделуі.

1.Іздену: Ақпаратты талдау, оқып білу

2.Конструкторлық:Зертханалық үлгінің тәжірибелік нұсқасын жасау үшін қарапайым,арзан,қол жетімді,қолайлы материалдарды таңдау.

3.Эксперимент:Үлгінің әр түрлі көрсеткіштерінің бағасын алу және болжамды эксперименталды тексеру мақсатында сынақтар кешенін жүргізу.

4.Теориялық:Есептеулер мен алынған нәтижелерін сараптау,талдау.

5.Жұмыс нәтижесін компьютерлік безендірілуі:Жұрт алдында қорғап,талдау үшін жүргізілген зерттеу материалдары бойынша презентация жасау.

Жоба бойынша зерттеулердің нәтижесінде келесі талаптардың шешілуін күтеді:

- Стирлинг жылу қозғалтқыштарын қолдану.

- Экологиялық ахуалдың жақсарылуы.

- Ғылыми-технологиялық білімнің кең таралып,насихатталуы.

Аннотация

Цель Проекта:

Исследование существующих и перспективных тепловых двигателей и практическая разработка солнечного теплового двигателя Стирлинга.

Возможно ли применение солнечных тепловых двигателей в технике.

1.Поисковый – сбор,изучение и анализ существующей информации.

2.Конструкторский – выбор оптимальных,простых,дешевых и доступных материалов для создания опытного образца лабораторной модели.

3.Эксперимент – проведение комплекса испытаний с целью экспериментальной проверки гипотезы и получения оценок различных показателей модели.

4.Теоретический – расчеты и анализ полученных результатов.

5.Компьютерное оформление результатов работы:создание презентации по материалам проведенных исследований для публичной демонстрации и обсуждения.

В результате исследований по проекту ожидается решение следующих задач:

-применение тепловых двигателей Стирлинга

-улучшение экологической обстановки:

-популяризация научно – технических знаний.

Annotatio

The aim of my project work:

Investigation subsist and perpective heat-engine and practical working solar heat-engine sterling.

Is it possible.to use solar heat-engine in technique.

1.Searching-collect,study and analysis of extant information.

2.Constructional-selection of optimal,simple,cheap and accessible material in order to making empirical sample laboratorial model

3.Experimental – conduction complex test for the purpose experimental check-up hypothesis and to get the mark of different exponent model.

4.Theoretical-calculation and analysis received result.

5.Computer mounting art results of work:creation presentation of marerial conducting research in order to demonstrate and discussion.

As a result of project it waited solving of the following task:

- Using heat-engine sterling:

- Improvement of ecological environment:

- Popularize scientific and technical erudition.

Кіріспе

Осы уақытқа дейін энергожабдықтау жүйелерінде пайданылған дәстүрлі жылу механикалық агрегаттар қоғамның және техниканың даму деңгейін қанағаттандырған.Алайда,ғаламдық және жалпыұлттық мәселелердің шиеленісуі,XX ғасырдың аяғындағы экология,табиғатты қолдану және энерго жабдықтау салаларында ірі маңызды халықаралық заң актілерінің қабылдауын талап етті.Осы заңның негізгі талаптары СО2 газынының,озонкүйретуші денелердің азаюын,R-12 фреонын пайдаланатын бу компресиондық тоңазытқыш машиналардың өндіруін тоқтатуы және автокөліктерді экологиялық таза қозғалтқышқа ауысуына бағытталған.

Отын-энергетикалық русурстардың алып көлемде шығарылуының қымбаттауы және қоршаған ортаның ластануы,тиімді термодинамикалық цикілдің негізінде жасалған техникалардың іздеуін талап етеді.Отынның альтернативті түрлерін қолдану,жаңа экологиялық энерго-жүйелерді шығару, материалдық ресурстарды аз мөлшерде пайдаланып қоғамның және техниканың қажетін өтеу етеді.

Экологиялық және энергетикалық мәселелерді шешудің тиімді жолдарының бірі Стирлингтің тікелей және қайтымды циклі бойынша жұмыс істейтін машиналарының негізінде құралған энерго-өндеуші жүйелердің өнделуі және кеңінен қолдануы.

Осы жоба стирлинг қозғалтқышының дайындау технологиясының өндеуін қолданбалы зерттеуді жүргізуді қарастырады.

Қолданбалы зерттеу

• 
  Стирлинг қозғалтқышының бар зерттемелерін зерттеу;
  
• 
  Стирлинг қозғалтқышының термодинамикалық циклін зерттеу;
  

• 
  Стирлинг қозғалтқышының ығыстырушымен үлгісін дайындау;
  

Зерттеу бойынша келесі тапсырмалардың шешілуі күтілуде:

• 
  Сырттан жанатын экологиялық таза қозғалтқышты шығару;
  
• 
  Экологиялық жағдайды жақсарту;
  
• 
  Ғылыми техникалық білімді насихаттау;
  

жылуынан) жұмыс істейтін поршеньдік жылу машинасы.

Стирлинг қозғалтқышын 1816 жылы 27 қыркүйекте (№4081 ағылшын потенті) шотланд дін

қызметшісі Роберт Стирлинг алған рет потентдеген.

Алайда Стирлингке дейін бірінші «ыстық ауа қозғалтқыштары» XVII ғасырдың аяғында танымал

болған.Стирлингтің жеткен жетістігі-ол «эконом» атты тазартқышты қосқаны.

Қазіргі ғылыми әдебиетте бұл тазартқыш «регенератор» деп аталады. Ол қозғалтқыштың жылы

жағында жылуды ұстап тұрып қозғалтқыштың өнімділігін көбейтеді. Бұл үдеріс жүйенің тиімділігін

жоғарылатады. 1843 жылы Джеимс Стирлинг бірінші рет өзі инженер болып жұмыс істейтін

зауытында қолданған.

1938 жылы «Филипс» фипмасы Стирлинг моторының қуаттылығы 200 аттың күшіне және 30%

қайтарылыммен жұмыс істейтін үлгісін алған.

Стирлинг қозғалтқышы өте көп артықшылығы бар және ол бу машиналардың кезінде кеңінен таралған.

XIX ғасырда котелдары будың жоғарға қысымынан жиі атылып кететін.

Сол кездегі өнертапқыштар нашар материялдан жасалынған бу қозғалтқыштарына қауіпсіз

альтернативалар шығарғысы келген. Бу машиналарына жақсы альтернатива Стирлинг қозғалтқышы

шығарылғаннан кейін пайда болды. Стирлинг қозғалтқышының жұмысының ең маңыздысы

принципі-жабық цилиндрда жұмыс денесінің орнына ауа, сутек, гелий қолданылады. Эксперимент

ретінде фреон,NO₂, пропан, бутан және су қолданылған. Су сұйық кезінде пайдаланылған Стирлинг

сұйық жұмыс денесі болып кіші өлшемдер жоғары қуаттылық және жоғары жұмыс қысымы болып

табылады.

Термодинамикадан қысым, темпиратура, идеал газдың көлемі келесі заңға бағынатынын білеміз:

PV=nRT

• 
  P-газ қысымы;
  
• 
  V-идеал газдың көлемі;
  
• 
  n-зат мөлшері;
  
• 
  R-универсал газ тұрақтысы;
  
• 
  T-Кельвин шкаласы бойынша газдың темпиратурасы.
  

болады.Газдардың бұл қасиеті Стирлинг қозғалтқышының жұмыс істеу негізі болып

табылады. Сондықтан Стирлинг «жылулық-ауа» қозғалтқышы деп те атайды.

Стирлинг қозғалтқышы термодинамикалық тиімділігі жағынан Карно циклнен кем

түспейтін, тіпті, артықшылығы бар Стирлинг циклі практикалық жүзде жұмыс істейтін

қозғалтқыш алуға мүмкіндік береді.

Стирлинг төрті фазадан және екі ауыспалы фазадан тұрады: қыздыру, ұлғаю, суық

камераға ауысу, суу, сығылу және жылу көзіне ауысу. Жұмыс денесі жылу камерасынан

суық камераға ауысқанда көлемін өзгертеді. Осының әсерінен пайдалы алуға болады.

1-сурет. Стирлинг қозғалтқышының жұмыс циклі

1. 
   Сыртқы жылу көзі газды цилиндрдің астыңғы жағында жылытады. Қысым жұмыс
   

2. 
   Маховик поршенді астыға қарай итеріп жылытылған ауаны астыңғы жағынан суық камераға ығыстырады(1б сурет )
   
3. 
   Ауа суиды, жиырылады, поршень астыға түседі(1в сурет)
   
4. 
   Ығыстырушы поршень үстіге көтеріліп, суытылған ауаны астыға ығыстырады цикл
   

Жылу алмасу цилиндрінің жоғарғы жағы суытқыш камера. Оның мақсаты-қызған

ауаны суыту. Бұл камера арқылы ығыстырғыш поршень штогы өтеді.

Ығыстырғыш цилиндрде ешбір саңылаусыз, қабырғаларына жанаспай орнатылады.

Жұмыс поршені, керісінше, цилиндрге жанасып орнатылады да, онымен ешбір

саңылаусыз қозғалады. Ығыстырғыш поршень мен жұмыс поршені өзара қос иінді-тетікті

механизм арқылы байланыстырылады.Фазаларының 90⁰-қа ілгері жылжуымен

механиздегі қос иін мен эксцентрик орнатылады.Цилиндрлер өзара түтік арқылы

байланысады, осылайша ауа жылу алмасу цилиндрінен жұмыс цилиндріне ешбір

кедергісіз өте алады. Қос иінді-тетікті механизм қос иін, тетік, ось және эксцентрик пен

маховиктен құралады.

Стирлинг қозғалтқышының жұмысы:

Сыртқы жылу көзі қыздыру камерасының түбін қыздыра бастайды. Біршама уақыттан

кейін ығыстырғыш поршеннің астындағы ауа көлемін ұлғайтып қызады да, жоғары қарай

ұмтылады;

Маховикті тепе-теңдік қалпынан жалжатқанда, ығыстырғыш поршень суық ауаны

жоғарыдан төмен ығыстырып, жоғары қарай қозғала бастайды;

Жұмыс поршені де ақырын қозғала бастайды;

Суық ауа қызып тұрған цилиндр түбімен жанасып, қызады да, қысым артады.

Сондықтан ауа түтік арқылы жұмыс цилиндріне өтеді;

Поршень осы цилиндрдің арқасында жұмысты бастайды;

Жұмыс поршені жоғары бағыттылғанда, ығыстырғыш поршень қарама-қарсы бағытта

қозғалады, себебі, жоғарыда айтылғандай, олардың фазалары 90⁰-қа ілгері жылжыған

Жұмыс поршені жоғарғы нүктедегі қалпына келеді де , пайдаланылған, өзінің

бастапқы жылуын жоғалтқан ауаны жалу алмасу цилиндріне ығыстырып, маховик

инерциясы әсерінен төмен түсе бастайды.

Ауа жылу алмасу цилиндріне өткенде, алғашқыдан көп суиды да, көлемін кішірейтеді.

Ығыстырушы поршень жұмыс поршенінің кері жүрісінде қайтадан жоғары көтеріліп,

суық ауаны жоғарыдан төмен ығыстыра бастайды.

Цикл қайталанады. Бұл цикл-Стирлинг циклі деп аталады. Стирлинг қозғалтқышының

жұмысындағы басты мәселе-ауаны салқындату.Біздің үлгімізде бұл мәселені

қозғалтқыштың суыту камерасында орналасқан-радиотар шешеді.Ол камераны суытып

темпиратуралар айырымын көбейтеді.Сонымен, Стирлинг қозғалтқышының келесі

физикалық құбылыста жұмыс атқаратынын аңғаруға болады: көлемі ұлғайып қызған

ауаның жұмысы оны сығуға кететін жұмысынан артық.

• 
  Циклдің әмбебаптығы,оның негізінде тура циклдің түрөзгерісін және кері циклді алуға болады.
  

• 
  Циклда жұмыс денесі ретінде:сутек,гелий,азот,ауа және т.б.газтектес заттарды қолдануға болады.Жұмыс денесі ретінде газ тұрақтысы (R)
  

• 
  Цикл тек газ тектес заттармен ғана жүзеге асады.Керекті мөлшерде қуатты өндіру үшін қозғалтқыштың да көлемі соған сай болу керек.Ал жұмыс денесінің жылуалмасуы осы жағдайда тиімді болу үшін қозғалтқыш ішіндегі қысым атмосфералық қысымнан жоғары болу керек.Осы себептерге байланысты жұмыс денесінің тұтқырлығы аз,жылусыйымдылығы мен жылуөткізгіштігі жоғары болу керек.
  

• 
  Циклде айырымы жоғары температураларда жұмыс істеуге мүмкіндік береді,егер сығылу және ұлғаю кезіндегі қысымдарының әсерлесуі төмен болса.
  

Тирлинг циклінің ерекшеліктерін сараптау үшін №1 кестеде термодинамикалық циклдің систематикасын карастырамыз

Термодинамикалық циклі

		Жылыту жіне суыту үдерісі
		Изобаралық ΔР=0	Изохоралық ΔV=0		Изотермиялық ΔТ=0
Сығу және кеңейту үдерісі	Изэнтропиялық ΔS=0			Брайтон циклі		Оттоның жай циклі	Карно цикл
	Дизельдің жай циклі (жылыту) (суыту)
	Изотермиялық ΔТ=0			Эриксон циклі		Стирлинг циклі