Stirling un peu puissant

[JCJ]

Bonjour,

Après 3 montages de Bengs, je me lance dans la construction d'un "Stirling Béta perso". Peu importe s'il n'est pas beau, mais je voudrais un peu de puissance.
Pas beau : le cahier des charges est parfaitement rempli.
Un peu de puissance : j'en suis à 2 Watts, mais ce n'est qu'un début...
Vidéo :
http://pagesperso-orange.fr/tsf/stirling_02.wmv

Quelques remarques sur la puissance.
Il semble exister quelques règles élémentaires pour avoir de la puissance.
- Ecart de température important évidemment.
- Cylindrée minimum (piston au Point Mort Haut) la plus faible possible.
- Cylindrée maximum (piston au Point Mort Bas) la plus grande possible.

stir_volumes.gif (14.01 Kio) Vu 3672 fois

- L'air doit circuler au maximum entre les zones froides et chaude et pas rester planqué dans une même zone, dans un "espace mort".

Ces quelques considérations entrainent :
- Une course du piston de travail la plus grande possible.
- un déplaceur court avec une faible course.
Là, je suis étonné car c'est l'inverse que l'on rencontre sur nos petits jouets. :hein:
- Dans sa course, le déplaceur doit "coller au plus près" le fond du cylindre, et le piston de travail.

Quelques inconvénients de cette disposition :
- déplaceur court -> zone chaude et froide voisines qui impose un refroidisseur efficace (circulation d'eau).
- le déplaceur étant court (40 mm de long, 27 mm de diamètre), il m'a semblé logique de le faire creux et de refroidir sa base par circulation d'eau... d'ou les petits tuyaux silicones qui gigotent sur sa tige.
- La compression due à la grande course du piston de travail impose un volant d'inertie important pour un démarrage à la main.

En bref, plein de choses à améliorer... actuellement le moteur fournit 1,5 Watts (pertes à la génératrice) + 0,5 Watts à l'ampoule. Mais je désespère pas de faire un peu mieux.

[buk]

bravo pour cette realisation....
bonne suite ...............

[Piston42]

Salut !

Voilà un beau projet qui doit être intéressant , et le début semble prometteur déjà, ce gros Stirling semble tourner à merveille, bravo ! Bon courage pour la suite ;).

A+

[JCJ]

Difficile de tirer de la puissance...
J'ai peut-être atteint 3 Watts en chauffant comme un malade avec un chalumeau puissant...

Attention, je vais blasphèmer...
Il me semble que les moteurs Stirling ont un grave défaut qui me fait douter de leur intérêt... (Horreur !)

Je vais essayer d'expliquer sur un exemple simple très idéaliste.
On imagine un moteur tel que :
- Volume maxi / Volume mini = 2
- Température maxi / Température mini = 2 (par exemple 327 °C/27°C qui font 600K/300K)

Le moteur démarre chargé au maximum d'air à la pression atmosphérique 1 Bar (point A du cycle ci-dessous).


Théorie optimiste que l'on trouve partout (cycle en vert) :

De A -> B : Température = cste ; Volume divisé par 2 -> pression multipliée 2 = 2 Bars

De B en C : Volume = cste ; T multipliée par 2 -> pression multipliée par 2 = 4 Bars

De C en D : T = cste ; Volume divisé par 2 -> pression divisée par 2 = 2 Bars

De D en A : Volume = cste ; T divisé par 2 -> pression 1 Bar

... la boucle est bouclée. Joli cycle avec une belle surface donc un travail moteur intéressant.

En réalité on voit que cela ne peut pas fonctionner puisque l'intérieur du cylindre est toujours en surpression par rapport à la pression atmosphérique.
Les inévitables défauts d'étanchéité vont faire que le moteur va perdre sa masse d'air active jusqu'à ce que la pression interne oscille, en valeur moyenne, autour de la pression atmosphérique, les fuites à la compression compensant les entrées d'air à la dépression.

Et là... c'est la cata ! Le cycle va plutôt ressembler à celui tracé en rouge (démarrage du moteur à volume mini.) avec une puissance très inférieure à celle attendue.
La perte de masse active d'air va s'aggraver à mesure que l'on augmente la température. La puissance augmentera peu avec la température.

Faut-il enterrer le Stirling, ou je me plante quelque part ?

[Michel]

http://docs.google.com/View?docid=dd52n7n2_60hs78bq
à creuser pour les connaisseurs !

[JCJ]

A ma petite échelle, je commence à comprendre pourquoi mon bidouillage ne sort pas de puissance...

Bilan :
- Au départ la géométrie du moteur me laisse espérer une puissance théorique de 6 Watts (pour 100 tr/min) pour des températures entre 40 et 450 °C

- Petite correction pour tenir compte que le déplaceur est commandé par bielle et non de manière idéale :

Il me reste 3,85 Watts à 100 tr/min... On s'en contentera

- Mais comme indiqué dans mon message précédent, il est pas possible que la pression dans le cylindre soit toujours supérieure à la pression atmosphérique.
La pression chutera et se stabilisera autour de la pression atmosphérique...

Il me reste 1,80 Watt ... ça devient inquiettant...

- Je peux encore calculer la puissance perdue pour entainer le déplaceur en raison de la différence de pression aux 2 extrémités de la tige de commande du déplaceur :- 0,3 Watts..
reste 1,50 Watt

- Si on enlève encore 1 Watts pour pertes diverses (brassage de l'air par le déplaceur, frottements,...)
Reste 0,5 Watt (à 100 tr/min)
C'est bien à peu près ce que j'obtiens... : 6W espérés pour 0,5 W seulement à l'arrivée !

Le problème est que ce petit raisonnement semble s'appliquer à tous les moteurs stirling non pressurisé -> puissance dérisoire. Et c'est bien ce que nous montre tous nos petits jouets.
J'en viens à douter de l'intérêt du moteur Stirling en général...

[EtudeSt]

Tu es sûr de fournir les températures indiquées au gaz de ton moteur ?

Les inévitables défauts d'étanchéité vont faire que le moteur va perdre sa masse d'air active jusqu'à ce que la pression interne oscille, en valeur moyenne, autour de la pression atmosphérique, les fuites à la compression compensant les entrées d'air à la dépression.

Si le mouvement était très lent, oui. Mais si tu raisonne avec la mécanique des fluides ce comportement est plus complexe. Le jeu nécessaire au mouvement du piston engendre des fuites, mais qui restent très faibles. Les effets à la paroi (couche limite) freinent ta fuite. Une pression ponctuelle de 4 Bar n'est pas suffisante pour vider ton cylindre sur quelques minutes voir heures de fonctionnement.

[image]http://pagesperso-orange.fr/tsf/cycles.gif[/image]

Autre remarque, la moitié de ton cycle rouge est en dépression, si la nature n'aime pas la surpression et cherche l'équilibre en vidant ton cylindre, elle déteste tout autant la dépression et cherchera à le remplir par le même chemin que pour le vider. Au final, si il y a pertes, il se videra autant qu'il se repliera durant le même cycle.

La mécanique (des solides) ne peut être tenue pour responsable ou déclarée défaillante dans le fonctionnement des moteurs Stirling. Si il y a une si grande perte au niveau de l'efficacité de ces moteurs, elle est largement dû à la thermique qui est l'aspect le plus négligé du moteur.
Les échangeurs présents dans les moteurs actuelles ne permettent pas l'évolution isotherme du cycle (et ne le permettra probablement jamais). Pour exemple, la séparation entres les deux sources de chaleur se fait via un tube en verre que l'on chauffe en un point. Étant très mauvais conducteur de chaleur (1,2 W·m-1·K-1), la source chaude ne va pas polluer/étouffer la source froide, pour la même raison le point chaud échangera plus sa chaleur avec l'extérieur qu'avec le gaz de travail du moteur. Du coup, l'on a l'impression qu'il faut chauffer énormément le tube pour que le moteur fonctionne. Ce qui est faux, ce n'est pas la technologie du moteur qui est défaillante mais son échangeur de chaleur "chaud", construit dans la plus mauvaise matière possible.

Je crois que j'ai écris un message sur l'ancien forum à propos des diamants synthétiques, ils ont une conductivité de 1200 W·m-1·K-1, soit 1000 fois plus que le verre. Adieu l'éternelle remarque sur l'inertie du moteur avec des échangeurs en diamants. Au reproche du prix de la matière, ce n'est que du carbone, récupéré via du gaz naturel, qui sert à produire des diamants synthétiques, vers 1880 une plaque ou un élément en aluminium était tout aussi difficile à insérer dans une machine à vapeur et l'utilisation de masse était tout aussi inimaginable que l'est encore le diamant de nos jours.

La redécouverte du moteur Stirling ne peut se faire qu'au travers des nouveaux matériaux et techniques de production.