这两天买了个小型的斯特林发动机模型来玩，一百多块钱的东西，但是看着做工还是挺精致的，也比较耐玩。

如下图所示：右上角是酒精灯加热的热缸，右下角是冷缸，左边是飞轮，下方是发电机，热缸与冷缸之间有气管连接。

 

手头没有工业酒精，翻了半天哥们的仓库，找到一瓶 75% 的医用酒精，试了一下还真能点着。加热一分钟左右后，用手拨动飞轮，然后就可以自动持续运转了。转速目测能有 2000 - 3000 RPM 吧，但是功率不高。

工作原理

斯特林发动机的结构和原理都不复杂，但很有趣，在此尝试做个浅析。

理论基础

斯特林发动机属于一种热机（heat engine）。众所周知（并不是），一个理想斯特林发动机的热力学循环如下图所示，分为四个阶段：

1. 等温膨胀
   
2. 等容放热
   
3. 等温压缩
4. 等容吸热
   

 

上图是一个经典的 P-V 图，纵轴表示压强，横轴表示体积。

等效模型

斯特林发动机的简化模型可以分为两类：①冷热缸分体式（Alpha-type） ②冷热缸一体式（Beta-type）。题图中的是一个双缸一体式斯特林发动机，而笔者买到的这个是分体式的。两种结构在原理上是大同小异的，为了便于理解，本文以第一类为模型进行分析。

 

 

工作流程

第一步：多数气体位于热缸，与高温缸体大面积接触。气体被加热后膨胀，由于热缸已经到达最大体积，而冷缸处于最小体积，气体冲入冷缸，带动飞轮旋转。近似于等温膨胀过程。

 

第二步：加热后的气体冲入冷缸后，与低温缸体大面积接触，降低温度。由于飞轮的转动惯量，热缸准备开始收缩。近似于等容放热过程。

 

第三步：大部分气体进入冷缸，充分冷却后，压强开始减小，结合飞轮的转动惯量因素，气体在冷缸被压缩。近似于等温压缩过程。

 

第四步：气体的体积此时最小，热缸的气体被加热后膨胀，由于曲柄摇杆的位置，冷缸容量几乎不变，热缸容量变大，回到第一步的状态。近似于等容吸热过程。

 

以上四个阶段为一个循环，组成了单缸斯特林发动机的完整工作流程。多缸斯特林发动机只是将不同相位的几个斯特林发动机连接在同一组飞轮上，原理上并没有太大的差异。

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评论区有比较多的朋友表示想买，在此统一回复：淘宝上搜索「斯特林发动机」即可，有各种型号的，从几十元到几百元都有。就不推荐牌子了，看着喜欢就好。