Повышение экологической безопасности двигателей внутреннего сгорания

Повышение экологической безопасности

двигателей внутреннего сгорания

Автор: Томилов Александр Сергеевич

МБОУ «Гимназия №4» Центральный округ, г. Новосибирска

Руководители проекта: Кудрявцева Татьяна Александровна

учитель физики высшей квалификационной категории

Отличник просвещения РФ,

Березин Николай Юрьевич старший преподаватель кафедры

общей физики НГТУ

Проект выполнен на базе

Новосибирского Государственного Технического Университета

В наше время большое значение придаётся вопросу экологии. Сам по себе двигатель Стирлинга не загрязняет окружающую среду, то есть экологичность двигателя обусловлена, прежде всего, экологичностью источника тепла. При использовании некоторых экологически чистых источников тепла «стирлинг» даёт высокий довольно КПД.

Проблема проекта: существующие двигатели сильно загрязняют окружающую среду, необходимо создание более экологичного источника энергии.

Цель проекта: изготовить двигатель Стирлинга своими руками, исследовать его.

Задачи проекта:

• осуществить поиск информации;

• узнать способы изготовления двигателя Стирлинга в домашних условиях;

• подобрать необходимый материал;

• изготовить двигатель;

• исследовать свойства двигателя, определить его преимущества и недостатки;

• сделать вывод.

Методы исследования:

сбор и анализ информации,

проведение экспериментов.

Объект исследования: двигатель Стирлинга.

Предмет исследования: возможности сделанного двигателя, его свойства.

Гипотеза: на основе полученных исследований возможно создать оптимальную модель двигателя Стирлинга.

Продукт проекта: макет двигателя Стирлинга.

Ход работы:

1. Взять пустую металлическую консервную банку. Из картона изготовить вытеснитель, диаметр которого должен быть на 5 мм меньше диаметра консервной банки. Прикрепить в центре вытеснителя тонкую леску длиной около 20 см.

2. Взять полиэтиленовую крышку для банок, в центре сделать небольшое отверстие для лески. Взять пластмассовую трубку диаметром 25 мм, высотой 25 мм.

3. В полиэтиленовой крышке сбоку прорезать отверстие диаметром чуть меньше пластмассовой трубки (20-23 мм).Приклеить трубку к полиэтиленовой крышке термоклеем. Продеть леску через полиэтиленовую крышку.

4. Крышку герметично приклеить к консервной банке (вытеснитель внутри банки!) Взять два деревянных бруска, прикрепить по бокам консервной банки (крепление для коленвала).

5. Взять целлофановый пакет, прикрепить к нему поршень от шприца (5 мл). Закрепить целлофановый пакет на пластмассовой трубке с помощью резинки.

6. Сделать коленвал так, чтобы угол между коленами был 90 градусов. Закрепить коленвал на деревянных брусках.

7. Из проволоки сделать шатун, длина которого регулируется самостоятельно. Прикрепить леску ко второму колену коленвала.

8. Сделать маховик из CD – диска.

1. Берём вторую металлическую консервную банку большего диаметра.

2. Вырезаем в дне отверстие, диаметр которого чуть больше диаметра дна первой консервной банки.

3. Впаиваем банки в области дна друг к другу.

4. Заливаем холодную жидкость в полость, созданную между двумя банками.

Расчёты параметров работы модели двигателя Стирлинга:

1. Измерение рабочего хода поршня, частоты вращения коленвала, температуры холодильника и нагревателя:

ν – частота вращения коленвала;

k – ход поршня;

- температура нагревателя; - температура холодильника;

Расчёт КПД идеального (по таблице) и КПД реального:

Реальный КПД равен 1/3 идеального, т.к. система не теплоизолирована (большая потеря энергии).

Для базовой модели:

КПД идеальный (по таблице) = 53%, значит КПД реальный = 18%.

Для усовершенствованной модели:

КПД идеальный = 60%, значит КПД реальный = 20%, что выше чем КПД базовой модели на 2%.

• осуществили поиск информации по теме исследования;

• узнали способы изготовления двигателя Стирлинга в домашних условиях;

• подобрали необходимый материал, изготовили двигатель, исследовали свойства двигателя, определили его преимущества и недостатки;

• двигатель Стирлинга полезен при использовании возобновляемых источников тепловой энергии (КПД до 30% при использовании солнечной энергии).

• двигатель можно использовать в быту как доступный источник энергии, а также как устройства обучения или развлечения.

• при изготовлении модели двигателя в домашних условиях возникают трудности с отводом тепла, в связи, с чем двигатель недолговечен.