การออกแบบและสร้างชุดทดลองเครื่องยนต์สเตอร์ลิงโดยใช้อากาศร้อน

Abstract

การวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์ เพื่อออกแบบและสร้างชุดลองเครื่องยนต์สเตอร์ลิงโดยใช้อากาศเป็นสารทำงาน สำหรับใช้เป็นสื่อการเรียนการสอนในวิชาเธอร์โอมไดนามิกส์ ตามหลักสูตรครุศาสตร์อุตสาหกรรม และอุตสาหกรรมศาสตร์บัณฑิต โดยเครื่องยนต์สเตอร์ลิงที่ประดิษฐ์ขึ้นเป็นแบบชนิดแอลฟา มีปริมาตรกวาดของลุกสูบการขยายเท่ากับ 2,256 ลุกบาศมิลลิเมตร ปริมาตรกวาดของลูกสูบการอัดเท่ากับ 900 ลูกบาศก์มิลลิเมตร ปริมาตรรีเจนเนอเรเตอร์เท่ากับ 264 ลุกบาศก์มิลิเมตร มีอัตราส่วนการอัดเท่ากับ 3:1 ความดันเฉลี่ยเท่ากับ 101.3 กิโลนิวตันต่อตารางเมตรซึ่งทำการทดลองหาความเร็วรอบ โดยการเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นเรื่อยๆตามลำดับ จนถึงอุณหภูมิทำงานสูงสุดแล้วนำค่าต่างๆ ที่ได้จากการทดลองไปคำนวณหาค่าประสิทธิภาพเชิงความร้อนอัตราส่วนการอัด พลังงานเชิงความร้อน และกำลังงานของชุดทดลอง จากผลการทดลองพบว่า เครื่องยนต์สเตอร์ลิงเริ่มทำงานได้เองที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียสขึ้นไป โดยมีความเร็วรอบเริ่มต้นเท่ากับ 860 รอบต่อนาที และที่อุณหภูมิสูงสุด 250 องศาเซลเซียส เครื่องยนต์จะมีความเร็วรอบสูงสุดเท่ากับ 2,790 รอบต่อนาที อุณหภูมิต่ำสุดเท่ากับ 38 องศาเซลเซียสและมีประสิทธิภาพเชิงความร้อนต่ำสุดร้อยละ 15.82 และสูงสุดร้อยละ 39.20 และพบว่าความแตกต่างของอุณหภูมิเพิ่มขึ้นจะทำให้ความเร็วรอบ และประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงขึ้น ซึ่งค่าความสัมพัทธ์ระหว่างความเร็วรอบของเครื่องยนต์ และค่าประสิทธิภาพเชิงความร้อนแปรผัน ตามความแตกต่างของอุณหภูมิ

The objective of this research was to design and construct an apparatus for Stirling engine by hot gas, which was used as the instruction media in a thermodynamic course in technical education and mechanical technology. The design was Alpa-type which had displacement volume of 2,256 mm[superscript 2], clearance volume of 900 mm[superscript 2], regenerator volume of 264 mm[superscript 2], compression ratios of 3:1, and mean pressure of 101.3 kN/m[superscript 2]. The speed was evaluated by increasing temperature to higher temperature. Then the results from the experiment were used to calculate thermal efficiency, compression ratios, thermal energy and power. The experiment showed that the Stirling engine started operation by itself at the temperature of 100 degree Celsius, and starting speed of 860 rpm. At the highest temperature of 250 DC, the engine speed was 2,790 rpm. It was also found that the lowest temperature was 38 degree Celsius, the lowest thermal efficiency was 15.82%, and the highest thermal efficiency was 39.20%. When the temperature increased, the speed and the thermal efficiency increased. Hence, the speed and thermal efficiency varied according to the temperature