斯特林发动机模型制作大全.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流斯特林发动机模型制作大全.精品文档.制作热声效应斯特林引擎 极客迷（）十九世纪的吹玻璃工人，偶尔会听到被加热的玻璃管自然发出神秘的单音，这令人费解的声音其实是热机的另一种输出形式。一般的引擎以转动的形式输出能量;声音也具有能量，只不过以空气作为传递的媒介。热声效应的原理空气振动形成声音，声音发生时，为方便讨论，将传播声音的空气分成无数小块空气，应用牛顿力学来分析空气振动的情形，会得到声音的波动方程式，此方程式的解显示：声音传播时，各个小块空气都会发生膨胀收缩和位移。如果小块空气被压缩后，再被加热膨胀，对周围空气作较大的正功;之后这小块空气又先

2、被冷却，再被压缩，作较小的负功 (周围空气对这小块空气作较小的功) 。虽然这小块空气并非对活塞或涡轮作功，而是对周围空气作功，事实上也完成了工作流体加热后膨胀，冷却后被压缩的热机循环，把热能转换成声音振动的能量，增加声音的强度，此即所谓“热声效应”。凡是利用工作流体在冷、热区间移动，执行压缩的工作流体经加热而膨胀作正功，膨胀后先冷却再压缩作负功的热机循环，这样的机构都被归类为斯特林引擎。利用热声效应把热能转换成机械能的装置，也就称为热声效应斯特林引擎(thermoacoustics stirling heat engine) ，热声效应斯特林引擎大致可分为驻波(standing wave)和行

3、波(traveling wave)两种。驻波型斯特林引擎的作功原理驻波型斯特林引擎，基本上是一端闭口，一端开口的管状共振腔，在共振腔内近闭口端装有热片堆(stack)，热片堆中有许多平行共振腔轴向的密集穿孔。热片堆在靠近闭端温度较高，另一端温度较低，于是延共振腔轴向的温度梯度(temperature gradient)相当大。当驻波发生时，热堆片穿孔中的各小块空气(工作流体)向闭口端位移，而被压缩，同时移向热片堆较高温处，该小块空气在热穿透深度(thermal penetration depth)以内的部分，会被热片堆加热，使得温度升高，随即膨胀对周围空气做较大的正功，驻波的能量于是加大，小块

4、空气也随着膨胀，同时移至热片堆的冷端，当能量增加的驻波再度压缩这小块空气时，此小块空气已先被较低温的热片堆冷却，只消耗较少的声波能量即可被压缩。于是，热能便不断地变成驻波的能量。动手做驻波型斯特林引擎本文介绍一种驻波型热声效应斯特林引擎的制作方法，所需材料都是一般实验室常见的东西：一、内径2cm、长22cm试管一支。二、直径0.250.4mm的镍铬线和直径0.8mm的漆包线。三、内径11.2mm玻璃毛细管。四、AB胶及胶带等。五、木材、螺丝钉等。另外还须要准备电源供应器。本实验的电源供应器最好选择能大范围调整电压和电流的类型。首先将玻璃毛细管切成约23公分长，再用AB胶黏成一束(图一)，裁切玻

5、璃管时需留意切口锋利伤人。玻璃毛细管束要能轻松塞入试管中，并且注意AB胶不要堵住毛细管口，玻璃毛细管束于是构成许多轴向穿孔(图二) ，AB 胶黏合处尽可能靠近玻璃毛细管束的一端 (不须整支毛细管都涂满AB胶) ，在另一端，缠绕镍铬线 (图三)。先将漆包线与镍铬线连接处的漆刮除后，镍铬线两端分别连接漆包线，确保镍铬线和漆包线能导通。再用蓝色胶带将漆包线裹在玻璃毛细管束上，避免漆包线拉扯镍铬线或镍铬线松脱。图一：黏结完成的玻璃毛细管束。图二：玻璃毛细管构成许多轴向穿孔。图三：玻璃毛细管束的一端缠绕镍铬线。用木材制作一具简易的支架，以适当方式将试管置于支架上，将一端缠绕镍铬线的玻璃毛线管置于试管中，

6、导通镍铬线两端的漆包线从试管口伸出即可。玻璃毛细管用镍铬线加热的那头向着试管封闭的底部，玻璃毛细管加热区域的位置，大约在靠近试管底部三分之一试管总长度的地方(图四) 。图四：玻璃毛细管束的加热区靠近试管底部约三分之一处。自制斯特林引擎的操作操作时需加热，试管内外的温度都可能很高，务必小心，以免烫伤。先把电源供应器的电压调到最小，用鳄鱼夹接通电源供应器的输出端和两条从试管伸出的漆包线 (图五)。逐渐调高电源供应器的电压，透过试管可以看到缠在玻璃毛细管一端的镍铬线开始发出暗红色的光，再调高电源供应器的输出功率，使镍铬线发出亮橘色的光(急速再升温)(图六)。注意不可使镍铬线发出白炽的亮光，否则镍铬线

7、可能烧断。再稍等约十秒钟，试管就发出很响的单音。图五：电源供应器提供电力使镍铬线加热。图六：从镍铬线发光的颜色和亮度，可大致判断镍铬线的温度。如果一直未发出声响，可从试管垂直的方向，对试管口大力地吹口气，或在试管口附近鼓掌，诱发热声效应。通常如果对着空的试管这样吹气，就会像吹排笛时而发出的单音一般，试管只会发出声音，但试管内放入一端加热的毛细管束制成的热片堆，试管发出的声音就会有好似回音一般的声音，持续一段时间，这表示整个实验装置完全正确，热声效应也正常发生。此时再稍提高电源供应器的输出电压使镍铬线温度升高，试管就会持续发出相当响的声音了;或者也可经过更急热的程序先关掉电源，待其冷却二十分钟，

8、再打开电源急速升温，试管不久也会发出响声。热声效应引擎的改良与展望驻波型热声斯特林引擎的工作流体，并未完全符合热机循环的过程，所以效率较低。1998年左右C. M. de Blok等人发明行波型热声斯特林引擎，使其工作流体更合乎热机循环的方式，将热能转换成声音的能量，有效提高热声效应斯特林引擎的效率。热声效应斯特林引擎是一项新的能源技术，可以使用多元能源作为动力，目前美国和中国在此领域有较出色的研究成果，所产生的声波可用来推动热声致冷机液化气体或冷却电子设备，也可用来发电双缸斯特林引擎发电 极客迷（）在偏远地区，收听广播可能是唯一的娱乐，也是与文明世界沟通的管道，但偏远地区常无电力供应，甚至连

9、电池都难以取得。虽收音机本身轻巧耐用，因缺乏适当的电力，收听广播变得十分麻烦，于是有人就想到利用发条经变速齿轮驱动微型发电机，提供收音机所需微不足道的电力。斯特林引擎在某些场合也具有类似的功能，尽管至今为止小型轻巧的斯特林引擎之输出功率，仍无法与尺寸相仿的内燃机匹敌(极其微小的斯特林引擎与同尺寸内燃机之比较，又另当别论)，就收音机或小型照明设备而言，斯特林引擎之输出功率却恰到好处，并且具有燃料多元化、安静、污染少、构造简单耐用、保养方便等优点。玻璃制的透明斯特林引擎作为教具，固然可以寓教于乐，令学生印象深刻，但如果能进一步利用斯特林引擎作为动力，制作相关的动力机械，例如，装配一辆汽车模型(注一

10、)，或驱动发电机发电，并以此电力驱动小功率电器，除了完整介绍引擎之原理、构造和用途，更能演示热学原理、能量守恒原理、发电机负载原理，使斯特林引擎教具不但在高中、大学之物理学教学有用，也能应用在技职课程之教学和科普教育。本文介绍这一部双缸水平并卧透明试管引擎发电设备，由两具特别设计的斯特林引擎(注二)组合而成，其内部构造和运转情形一目了然。尽管乍见其外观(图一)，构造似乎有些复杂，装配过程好像颇棘手，但其独特的设计已降低了精度的要求，不难成功自制，正适合有兴趣的读者大显身手。图一：试管引擎的实物照片，摄于2004年4 月14 日。一、自制这款引擎所需的材料：1. 外径1.85 cm、内径1.7

11、cm 的试管二个，外径1.63 cm，内径1.45 cm 的试管二个(化学实验室或玻璃仪器行一定有，价格各约二、三十元台币);2. 粗约0.4 mm(0.016 号)的吉他钢弦(乐器行有售，35 元一条);3. 长约16 cm，横截面23 mm2 的铝杆二支;4. 玻璃毛细管(外径5.8 mm，内径0. 45mm，学校实验室找得到);5. 直径1.5 mm，长10 cm 的钢棒两根(就是尚未攻牙的钻头，钻头工厂有卖);6. 内径1.3 cm，长约7cm 的玻璃管二个;7. 内径8 mm 的玻璃管;8. 内径2.2 mm，长约20 cm 的橡皮管;9. 内径15 mm，长约20 cm 的铝棒一根

12、;10. 直径20 mm，长约20 cm 的PE 棒(以上五项，台北市太原路都找得到);11. 白杨木条若干(五金行有售)。二、自制附属发电机所需的材料：1. 直径0.3 mm 的漆包线80 m;2. 直径3 cm，厚6 mm 的铷铁硼稀土磁铁(俗称强力磁铁)两块。3. 双面胶。三、所需的工具：小型车床和钻床、钻石轮锯(五金工具行有售，售价仅台币数百元);美工刀、砂纸;AB 胶、热熔胶等。四、纯手工装配的制程：图一为本车的全貌，双缸水平并卧，以95度药用酒精为燃料。利用具有弹性的吉他琴钢弦，经内径很细(约0.4 mm)的玻璃毛细管伸入试管制成的温差气室中，牵移其中以较小试管制成的移气胴体，借着

13、空气的黏滞性达到很好的气密效果。汽缸为内径1.3 cm，长7 cm 的玻璃管，活塞以铝棒车制;吉他钢弦连接白杨木制移气连杆的部位，又受一内径8 mm 的玻璃管局限，俾能确保高转速时引擎之正常运转。装配时，车体大致可分为五大部分：(一)铝制活塞和玻璃管构成的汽缸;(二)套合大小两试管构成的温差气室;(三)曲轴和轴承组件;(四)发电机;(五)发光二极管负载。首先，用白杨木制成H 型支架，支架上方有两PE棒车成的轴承，两块直径3cm，厚6mm的铷铁硼稀土磁铁，夹在直径1.5 mm，长10 cm的钢棒中段，此稀土磁铁兼有发电机转子和飞轮的功能，钢棒作为转轴置于轴承中，转轴两端分别装上由白杨木制成的曲柄

14、，两曲柄的相对角度可以随意，把另一根直径1.5mm 的钢棒锯成两截，各长2.5 cm，作为曲轴，曲轴装在曲柄上。整个H 型支架安装在木板底座上(图二)。图二：白杨木制成H型支架，支架上方有两PE棒车成的轴承，转轴两端分别装有白杨木制成的曲柄和钢棒曲轴。选用两支内径1.3 cm，长约7.0 cm的玻璃圆管，作为汽缸。再将直径约1.5 cm的铝棒，车成恰可在汽缸中滑动的活塞，活塞长2.5 至4.0 cm。用钻头将此活塞中心掏出一个直径约0.9 cm 的圆穴，使此活塞成为圆柱形杯状物(图三)。图三：铝制活塞、玻璃汽缸和铝制动力连杆的特写镜头，活塞和动力连杆以习用方式连接。在圆穴中塞入一支PE制成的小

15、圆管，此小圆管横向穿有一小截直径1.0 mm的钢棒，作为活塞插销，将其穿过铝制动力连杆一端的小孔。动力连杆长约8cm，横截面23 mm2，被充分镂空，一方面保留其强度和刚性，另一方面减轻其重量，动力连杆另一端的小孔套在曲轴上。两个汽缸下方都以适当大小的PE棒制成的杯状物塞住，此PE杯状物杯口朝向汽缸，侧面钻一小孔恰容内径2.2mm的橡皮管塞入， 两个汽缸都位于转轴两端之曲柄下方，用AB 胶垂直黏在木板底座上(图四)。图四：两个汽缸都位于转轴两端曲柄下方，用AB胶垂直黏在木板底座上。其次，取内径1.7cm和外径1.63 cm的试管各一个，将较小试管的长度裁短成12 cm，并将管口以PE棒车成的塞

16、子塞住。此塞子中心钻一小孔，小孔中插入吉他钢弦，以这个较小的试管作为移气胴体。被锯成长14.2cm的较大试管作为温差气室，将移气胴体置于其中，较大试管管口也用PE棒制成的塞子塞住，但此塞子中心钻一恰容玻璃毛细管(外径5.8 mm，内径0.4 mm)的孔，将玻璃毛细管塞入，自然密封其间隙。同时另外钻一恰容内径2.2 mm的橡皮管塞入的小孔，将内径2.2mm，适当长度的橡皮管，分别塞入该小孔和汽缸底部杯状物的小孔，以连通汽缸和温差气室。玻璃毛细管再套上一截内径8mm的玻璃管，牵动小试管的吉他钢弦由玻璃毛细管穿出，并以AB胶将吉他钢弦与白杨木制长20cm的移气连杆牢牢黏好。白杨木制移气连杆与吉他钢弦

17、连接处制成膨大的金针菇形，此金针菇头的部分局限在内径8mm的玻璃管中往复运动(图五)，白杨木制移气连杆另一端有一小孔套在曲轴上。两温差气室完成后，分别以适当高度的支架水平安装妥当。图五：白杨木制移气连杆与吉他钢弦连接处制成膨大的金针菇形，此金针菇头的部分局限在内径8mm的玻璃管中往复运动。再则，将漆包线缠绕在直径4cm的圆柱体，漆包线再覆上一层双面胶，双面胶上再缠绕一层漆包线，即以一层双面胶一层漆包线的方式缠绕约三百匝，之后把直径4cm的圆柱体取出，即制成线圈，并以热熔胶黏在尽可能靠近稀土磁铁的地方，使稀土磁铁转动时线圈的磁通量变化愈大愈好。最后，线圈连接发光二极管，即大功告成(图六)。图六：

18、发电机线圈和发光二极管特写。五、运转发电：以酒精灯火焰直接加热试管底部约30秒，试管被烧烫之后，试管内壁会达到适当温度，用手推动磁铁，引擎启动，至高速时打开发电机开关，发电机发电后可点亮发光二极管(图七)。图七、引擎运转，驱动发电机发电，电力供给发光二极管发光。六、改进的空间：此引擎设备具有两项特点：(1)引擎为双缸，功率较大;(2)以简易发电机发电，成功驱动小功率电器。当然，此原型机仍有改进空间，例如：(a)为降低成本，此原型机使用极廉价的试管，高速运转时有震破之虞。若要长时间运转，宜再缩小试管尺寸，减轻其重量，以降低各种运动状况时之受力，或选用较坚韧的试管。(b)此原型机高速运转时，虽力量

19、不小，但可加装散热装置和飞轮，使引擎运转更为顺利。(c)因为引擎最佳功率输出发生在高转速时(引擎空转时转速可高800 rpm)，发电机负载的大小可更进一步最佳化。球管式斯特林热机 极客迷（）请先观看“球管式斯特林热机”的视频演示：同时也请大家猜想一下它的工作原理应该是什么呢?该装置(如图)是利用空气作为工作物质，用玻璃球作为移气物体。初始状态，调节橡皮筋在支柱上的高度，使试管左端低右端高，玻璃球位于左端。点燃酒精灯，在试管右端加热片刻，管内空气受热膨胀，推动注射器的外管逐渐升高，改变了试管的倾斜角度。试管左端升高后，试管内玻璃球向右端滚动。当玻璃球刚滚动到右端时，注射器和试管左端突然下降，球又

20、重新回到试管的左端。之后又重复上述实验过程，其动作十分有趣。加热几秒钟，当撤掉酒精灯后，它还可以利用试管余热工作一段时间。此装置巧妙地利用了玻璃球在试管中的滚动来实现空气的移动;其次，利用了注射器的密封性好，摩擦力小的特性来实现往复运动，使人拍案叫绝!在该装置的启发下，又有人制作了金属管式的“斯特林”热机模型(如上图)，其特点在于坚固耐用，更具神秘感，而动作效果与球管式大体相同，以上示例中的球管式“斯特林”热机模型由日本学者鹿儿岛工作高等专科学校江崎秀司教授制作，金属管式“斯特林”热机模型由广西师范大学科学教育研究所韩长明教授制作。高速斯特林引擎 极客迷（）石油总会有用完的一天!届时所有依赖石

21、化油料的引擎都将停摆，虽然世人抱着今朝有酒今朝醉的心态，但这个无可避免的问题终究必须解决。即使油料不虞匮乏，敢于超越现状的人都不禁要问：有没有比现有引擎更好的引擎?真有像“回到未来”电影那样连烧鞋子、宝特瓶等废物也都能发动，又无污染的引擎吗?有的!这引擎叫作斯特林引擎，不但烧垃圾就能运转，而且可以使用包括工厂废热、酒精、天然气、煤、再生能源、核能、地热、太阳能、海水温差、甚至日夜温差等在内的一切热能;不但能用在工厂、家庭中，也能用在深海、外太空。随着近年科技之进步，面对必须惜用周遭一切能源的未来，斯特林引擎基于其独特的优点，很可能是真的“去到未来”之后最理想的引擎。先进各国正在积极开发应用在各

22、领域的新机型，大规模人力物力的投入方兴未艾，相关的专利如雨后春笋。但台湾在这方面的研究稍嫌落后，大众对此引擎十分陌生。斯特林引擎除了排放废气污染空气的程度可以降到最低、运转时噪音小、可使用多元能源之外，构造简单也是这款引擎的重要特征，简单到用小玻璃试管、木材、和吉他的钢弦就能自制一具不折不扣的斯特林引擎;用到最精密的工具也不过是高中工艺教室就能找到的小型车床。喜欢吗?何不靠自己动手制作一具。DIY高速斯特林引擎所需器材内径10mm、8mm、1.2mm的玻璃管各一支。直径约1.5cm的铝棒(建议在台北市太原路可货比三家)。直径0.6mm的玻璃纤维杆一支(钓具店有售，日本进口的最好，价钱也合理)。

23、木条和木板(B&Q特立屋货色齐全)。内径2.2mm、外经约3.5mm、长约20cm的橡皮管一条，以及制作试管塞子的PE棒一根(台北市太原路塑胶材料行内均可见)。外径约15.4mm的玻璃试管一支(要能置于内径16mm的玻璃试管中滑动)。直径约0.35mm(0.016号)的吉他钢弦一根(乐器行有售，挑选没有生锈的)。内径约16mm的玻璃试管一支(化学实验室或玻璃仪器行都一定有玻璃试管和玻璃管，价格约2030元台币)。外径5.8mm、内径约0. 4mm的玻璃毛细管一支(学校实验室应该找的到，以能容纳吉他钢弦从中穿过为原则)。直径1.0mm的钢棒二根(钢棒可向卖钻头的厂商买，事实上就是尚未车制出螺纹的

24、钻头，钢棒用作转轴，内径1.2mm的玻璃管用作轴承。当然，同样粗细的碳纤维杆也可作为转轴)。制作飞轮用的珍珠板和铜片。用到的工具包括有：小型车床和钻床、钻石轮锯(五金工具行有售，售价仅台币数百元);美工刀、砂纸;AB胶等。斯特林引擎的制作过程图一为本引擎的全貌，约3.9 cc单汽缸，以95医用酒精为燃料(当然98 或95 无铅汽油也成，但燃烧汽油非常危险，不仅挥发性高，热量惊人，因而安全堪虑;使用无烟蜡烛作燃料是最佳的选择，因为即使打翻也不致于剧烈燃烧)。图一：分别从自制斯特林引擎的前方(A)和后方(B)拍下的实物照片，这引擎看起来十分简洁。利用钻石轮锯，将外径1.2 cm 、内径1.0 cm

25、 的玻璃圆管锯成约7 cm 长，作为汽缸。并且使用小型车床，将直径约1.5 cm的铝棒，车成恰好可在汽缸中滑动的活塞，活塞长约2.2 cm。用钻头将此活塞中心掏出一个直径约0.6 cm 的圆穴，使此活塞成为圆杯状。在圆穴中塞入小圆木柱，木柱中心有一孔，塞入直径0.6 mm 的玻璃纤维杆，用AB 胶黏合木柱、活塞和玻璃纤维杆，此玻璃纤维杆待组装时再与白杨木制成的动力连杆黏合。以PE 棒制成的底座塞住汽缸底部， PE 棒轴心挖出一个直径6 mm 朝向汽缸的穴，侧面再钻直径3.5 mm 的孔通入穴中，此孔恰容外径约3.5 mm 的橡皮管塞入，使橡皮管可经PE棒连通汽缸(图二)。图二：铝制活塞、活塞上

26、的玻璃纤维杆、橡皮管、玻璃汽缸、汽缸下方PE底座的特写镜头。其次，将外径15.4 mm 玻璃试管的长度裁短成5cm，并将管口以PE棒车成的塞子塞住，此塞子中心钻一小孔，塞入吉他钢弦，使吉他钢弦牵动这个较小试管作成的移气胴体。内径约16 mm 的较大玻璃试管作为温差气室，将较小试管置于其中，大试管管口也用PE 棒制成的塞子塞住，此塞子一端密合大试管，另一端较细，直径略小于8 mm ，塞子轴心钻一恰容玻璃毛细管(内径0.4 mm ，外径5.8 mm)的孔，将玻璃毛细管塞入，塞子较细一端再套上一截内径8mm 的玻璃管。塞子另外钻一恰容外径3.5 mm 的橡皮管塞入的小孔。牵动小试管的吉他钢弦由玻璃毛

27、细管穿出，并以AB 胶与白杨木制的移气连杆(长13cm)牢牢黏好，小试管被移气连杆牵动，在大试管中至少要能够往复移动17 mm 。白杨木连杆与吉他钢弦连接处雕刻成一金针菇形的膨大结构，金针菇形的膨大结构于往复运动时均在内径8 mm长约3 cm的玻璃管中，以确保吉他钢弦顺利伸入内径0.4 mm 玻璃毛细管(图三)。图三：移气胴体、温差气室、内径8 mm玻璃管和其中金针菇形膨大结构的特写镜头。内径1.2 mm ，锯成4 cm 长的玻璃管作为轴承，直径1 mm 的钢棒恰可于其中轻易转动，作为转轴。钢棒转轴一端装有白杨木制的曲柄，曲柄上设有另一根较短的(直径也是1 mm )钢棒，作为曲轴。曲轴和转轴的

28、垂直距离约8mm，两者虽不在同一直线上，但应力求平行;钢棒转轴另一端装有飞轮(图四)，飞轮用珍珠板制成，飞轮黏在钢棒转轴上由PE 棒制成的圆盘，飞轮外缘则黏上铜片以增加其转动惯量(rotational inertia)。图四：曲柄、曲轴、转轴、飞轮、玻璃轴承的特写镜头。组装时，镂空一木质支架，支架上方钻一孔，孔中插入玻璃轴承，钢棒转轴、飞轮、曲柄、曲轴均安装妥当，这个轴承支架先固定在木质底座上，轴承距木质底座的高度约12.5 cm 。另外再用木条制作气室支架，用AB 胶将试管制成的温差气室直接黏在支架上，具有膨大结构之移气连杆另一端的小孔先套在曲轴上，用手拨动转轴，调整气室支架位置，使较小试管

29、制成的移气胴体在温差气室中被牵动而往复运动时，不会撞到较大试管的底部，也不会撞到试管管口的塞子，由此确定这气室支架的位置之后，将其用AB胶黏在底座上。汽缸则固定于转轴正下方，活塞置于其中，动力连杆一端的小孔也套在曲轴上，活塞上的玻璃纤维杆先暂时用双面胶黏在动力连杆上，试着转动转轴，看看活塞往复运动时不会撞到汽缸底部或超出汽缸管口，再用AB胶黏合玻璃纤维杆和动力连杆。最后用外径3.5 mm 的橡皮管连通汽缸和温差气室，引擎即告完成。发动引擎这具经笔者简化的引擎，零件特别少，只有寥寥几样;组装容许较大误差，顶多用上直尺作参考来目测一下，看看该垂直的地方是否大概垂直，该平行的地方是否大概平行而已，根

30、本无需精密工具，所花的时间大多用在等待每一步骤的AB 胶完全硬化(约半小时);连轴承甚至都用现成的玻璃管，各项零件之制程简单，唯一要求精度的地方是活塞要与汽缸维持一定的气密，但这精度几乎任何车床加工活塞时都可以办到。因此，发生失误而尽弃前功的机率微乎其微。走笔至此，所有胶都应该硬化稳定了吧，可以开始点着酒精灯，用火焰直接加热试管底部，约3040 秒后，拨动飞轮，这具手工制作的引擎随即静静地加速运转，转速可以快到每分钟 600 转以上(图五)。图五：引擎转动的情形，底片曝光时间1秒。最佳化的空间这具高速斯特林引擎还有改进的空间。例如，在不增加飞轮重量的前提下，增加飞轮的刚性和其转动惯量;尽可能减

31、轻连杆的重量;最佳化直径0.6mm 玻璃纤维杆的弹性;改变仪器胴体的材质，使其又轻又强韧;乃至于用散热面积大、导热性高的材质制作温差气室的支架，使温差气室可以长时间保持温度差。第一步：材料与工具准备：首先要准备的材料与工具如表1、表2 所示。表1 材料表名称 规格 数量 备注试管 18 x 150mm 1支 附橡皮塞玻璃针筒 10 ml 1 支 作为活塞铜管 内径约2mm 2段铜棒 2mm 1根光碟片 1片铅线 约1.5mm 1包 曲轴铁丝 细 固定钢丝绒用钢丝绒 1包 移气活塞塑胶软管 3 mm 1段木条 180 x 10 x 8 mm 1支 木条木板 若干 基座热熔胶 若干橡皮筋 2 条

32、固定试管及针筒小螺帽 内径约1.5mm 若干小铁钉 约1.5mm 若干 轴用冰棒棍 若干表二：工具表名称 数量 备注剪刀 1美工刀 1剪嘴钳 1 制作曲轴虎钳 1 制作曲轴线锯 1 切割木板电钻 1直尺 1记号笔 1 做记号实验室酒精灯 35组 亦可用蜡烛代替工业酒精 2瓶铁鎚 1 钉制基架材料图：第二步：制作步骤(一)利用手摇钻(或小电钻)将橡皮塞钻出两个孔，一为连通气室用，一为交换器用(二)将钢丝绒以小铁丝绑绕在铜棒上，製成移气活塞。活塞长度约为试管长度的一半。(三)将做好的移气活塞组合上试管。并装上塑胶软管与钻孔的小木块(连结轴用)。(四)将玻璃针筒以热熔胶固定在木条上，并用橡皮筋加强固

33、定。针筒后方黏上钻孔的小木块，以备之后连结轴用。斯特林发动机 (五)同样将试管固定在木条上。然后以塑胶软管连接。(六)此时可以稍作测试。加热试管前端，拉动移气活塞，看看针筒是否会前后伸缩移动。如没有，则应该检查是否出现漏气现象。(七)在木条前 10mm 钻一1.5mm 的孔，接着依下列尺寸，将铅线弯曲制作曲轴，并黏合光碟片。要注意针筒与移气活塞必须有相差90 度的相位角。(八)计算移气活塞的活动长度，在冰棒棍上适当钻孔以符合，将木条与冰棒棍切割钻孔。(九)最后将钻孔完毕的冰棒棍以小铁钉组合上去，即完成本次活动制作。第三步：测试与完成要使自制的Stirling Engine运作，首先在试管下至一

34、酒精灯，待烧热约1分钟，试着转动光碟片即可。如果旋转不够顺利，试着微调相位角度;又或者旋转的连续性(贯性)不够，可在光碟片上夹上小夹子，以增加其惯性转动力量。注意事项：虽然，本次制作的 Stirling Engine 教具结构简单，但整个史特灵引擎制作的关键，就在曲轴与活塞，因此有几点影响制作成功与否的关键要点要注意：1. 气体交换室(试管)的密闭性要高，尽量不要有漏气现象。2. 曲轴角度要呈90 度，移气活塞的相位角要比活塞提前90 度。3. 移气活塞的铜棒管接合处，要尽量能滑顺，但又不能有大量漏气现象，挑选铜管与铜棒时，公差要配合好。4. 曲轴旋转的流畅度是关键，这个部份需要的精密度较高，

35、尽量能以模具或电动工具製作。5. 连结曲轴的冰棒棍要尽量平行推动，不要有分向力量减低推动。6. 光碟片的目的是要增加其旋转惯性，如惯性不足，可用小夹子夹住光碟片来调整。斯特林发动机本文介绍一款制作容易的教具：斯特林热机。文中以图文形式详述了这款热机的工作原理，通过斯特林热机的原理流程及其说明，相信你也能制作这款教具了。斯特林热机，又叫空气热机。在本站曾展示了一类斯特林热机，称之为球管式斯特林热机，大家阅读此文后可对比看看这两种斯特林热机的联系和区别。首先观察我们制作的斯特林热机装置图：装置的全貌图装置中的加热部分 装置的水冷器(餐盘)，中间为汽缸(可乐罐)装置的玻璃注射器 装置的飞轮(光碟)接

36、下来请分析斯特林热机结构图：装置的实景图斯特林热机结构图下面按斯特林热机完成一个循环过程分四个工作状态详述斯特林热机的工作原理。在四个工作状态中，大家请注意观察在加热过程中移气活塞和玻璃注射器的运动方向，连杆的运动方向，飞轮A点的运动幅度。以下为斯特林热机原理流程图及其说明：斯特林热机工作状态1：原理图：状态1汽缸底部被加热，里面的空气膨胀，从而推动注射器的针筒向外运动，连杆的运动方向如图中箭头所示。此过程A点水平方向运动幅度比竖直方向大。斯特林热机工作状态2：原理图：状态2由于惯性，飞轮继续转动。此过程A点竖直方向运动幅度比水平方向大。斯特林热机工作状态3：原理图：状态3当飞轮转到如图位置时，由于移气活塞被放到了汽缸底部，原来在汽缸下半体积的空气被排到上半部分。而上半部分的汽缸是冷的，里面的空气体积收缩，于是注射器的针筒被吸回来，连杆运动方向如图中箭头所示。此过程A点水平方向运动幅度比竖直方向大。斯特林热机工作状态4：原理图：状态4由于惯性，飞轮继续转动，当移气活塞再次被提起时，汽缸上部分的冷空气被排到下部分，回到上述状态1，这样就完成一个循环。此过程A点竖直方向运动幅度比水平方向大。