斯特林发动机能否运用于月球基地?

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/05/03 03:25:22
1。斯特林发动机
这种发动机是伦敦的牧师罗巴特 斯特林(Robert Stirling)于1816年发明的,所以命名为“斯特林发动机”(Stirling engine)。斯特林发动机是独特的热机,因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率,称为卡诺循环效率。斯特灵发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机,使燃料连续地燃烧,蒸发的膨胀氢气(或氦)作为动力气体使活塞运动,膨胀气体在冷气室冷却,反复地进行这样的循环过程。
  外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机,有别于依靠燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机。新型外燃机使用氢气作为工质,在四个封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔,另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩,然后流到高温热腔中迅速加热,膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧,通过加热器传给工质,工质不直接参与燃烧,也不更换。
  由于外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题,从而实现了高效率、低噪音、低污染和低运行成本。外燃机可以燃烧各种可燃气体,如:天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等,也可燃烧柴油、液化石油气等液体燃料,还可以燃烧木材,以及利用太阳能等。只要热腔达到700℃,设备即可做功运行,环境温度越低,外燃机最大的优点是出力和效率不受海拔高度影响,非常适合于高海拔地区使用。
------百度百科
2,月球
由于月球上没有大气,再加上月面物质的热容量和导热率又很低,因而月球表面昼夜的温差很大。白天,在阳光垂直照射的地方温度高达+127℃;夜晚,温度可降低到-183℃。这些数值,只表示月球表面的温度。用射电观测可以测定月面土壤中的温度,这种测量表明,月面土壤中较深处的温度很少变化,这正是由于月面物质导热率低造成的。
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3。分析
由于月球大气稀薄,基本上等于没有,所以有太阳照射和没有太阳照射的地方温差很大,所以我设想用斯特林发动机,热腔接受太阳直射,冷腔用物体遮挡,保持较冷的温度,这样子发动机就可以正常工作了,可以提供一个月的动力输出。
百度百科上说只要热腔达到700℃,设备即可做功运行,实际上只要冷热腔有温差就可以工作。有人做过可以在茶杯口上工作的斯特林发动机。
4。问题
我想问:这种方案有什么样的缺点或者难点呢?1。斯特林发动机
这种发动机是伦敦的牧师罗巴特 斯特林(Robert Stirling)于1816年发明的,所以命名为“斯特林发动机”(Stirling engine)。斯特林发动机是独特的热机,因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率,称为卡诺循环效率。斯特灵发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机,使燃料连续地燃烧,蒸发的膨胀氢气(或氦)作为动力气体使活塞运动,膨胀气体在冷气室冷却,反复地进行这样的循环过程。
  外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机,有别于依靠燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机。新型外燃机使用氢气作为工质,在四个封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔,另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩,然后流到高温热腔中迅速加热,膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧,通过加热器传给工质,工质不直接参与燃烧,也不更换。
  由于外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题,从而实现了高效率、低噪音、低污染和低运行成本。外燃机可以燃烧各种可燃气体,如:天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等,也可燃烧柴油、液化石油气等液体燃料,还可以燃烧木材,以及利用太阳能等。只要热腔达到700℃,设备即可做功运行,环境温度越低,外燃机最大的优点是出力和效率不受海拔高度影响,非常适合于高海拔地区使用。
------百度百科
2,月球
由于月球上没有大气,再加上月面物质的热容量和导热率又很低,因而月球表面昼夜的温差很大。白天,在阳光垂直照射的地方温度高达+127℃;夜晚,温度可降低到-183℃。这些数值,只表示月球表面的温度。用射电观测可以测定月面土壤中的温度,这种测量表明,月面土壤中较深处的温度很少变化,这正是由于月面物质导热率低造成的。
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3。分析
由于月球大气稀薄,基本上等于没有,所以有太阳照射和没有太阳照射的地方温差很大,所以我设想用斯特林发动机,热腔接受太阳直射,冷腔用物体遮挡,保持较冷的温度,这样子发动机就可以正常工作了,可以提供一个月的动力输出。
百度百科上说只要热腔达到700℃,设备即可做功运行,实际上只要冷热腔有温差就可以工作。有人做过可以在茶杯口上工作的斯特林发动机。
4。问题
我想问:这种方案有什么样的缺点或者难点呢?
太阳能的转换效率没有太阳能电池高吧,装置的重量可能还大了很多。
商业化的太阳能斯特林系统需要比较大的聚光器结构,美国STm系统公司有生产25kw的斯特林模块,那可是个大家伙
那是因为地球上要产生冷热腔不同的温度才需要聚光结构,而月球上不需要。
那个聚光主要还是用来增加受光面,收集光功率的吧
应该说任何有一定功率输出要求的光能设备,都免不了聚光结构的,包括聚光太阳能电池,除非是完全平板太阳能电池才会不需要
冷端不好解决,关键是如果只靠辐射散热的话,效率极其低下。lz只考虑温差,没考虑热阻。就像一节内阻很大的老旧电池,开路电压还有,加负载就歇菜。
月球一昼夜太长
很有潜力的设想啊.
冷端热端可以直接利用向阳面的岩石和背阴面的岩石.用热管来解决热传导.整个设备可能要比现在的蓄电池组和太阳能电池更大更重,但是效率上应该超过太阳能电池,价格也更低廉.对于月球基地来说是很有优势的.
现阶段最主要的障碍是重量远比太阳能电池重,毕竟在月球没有形成工业能力前所有设备都得从地球发射,每磅LTO的成本可是几万美元啊。

现在还有一个障碍就是月球的一昼夜时间长,夜间用电怎么办?
要使用这个发动机的话,外燃机必须用别的东西替代,你在月球上上哪去找那么多氧气燃烧?
昼夜长的问题……等月球上建立多个电站,然后并网就可以了……
聚光有温度就可以了,不一定要燃烧供热
原帖由 重剑无锋 于 2008-12-28 16:30 发表
现阶段最主要的障碍是重量远比太阳能电池重,毕竟在月球没有形成工业能力前所有设备都得从地球发射,每磅LTO的成本可是几万美元啊。

现在还有一个障碍就是月球的一昼夜时间长,夜间用电怎么办?

现在看来未来的月球基地可能会设置在极点附近.而且太阳能电池同样会受此问题困扰.
通过合理的设计,可以将基地内各种设备\活动产生的热量收集起来用于斯特林发动机或温差电池的发电,这也是个很不错的方向.
应该可行,效率比较高,就是运输成本也高……
成本太高了,无论是研发、运输、装配、选址还是维护,等月球工厂建立之后才有可能。未来几十年应该还是用太阳能电池板,以后用合适的薄膜太阳能电池板可以做到比较低的运费和安装维护费用。