Versuchsauswertung Stirlingmotor. wie erklären?

birdfire · Gast

Hallo ich hab an einem Stirlingmotor eine Leistungsmessung und eine Wirkungsgradmessung durchgeführt. Die Auswertung sieht so aus:

http://www.desert-travel.info/images/dia.jpg

Schaut man sich die Kurven an, sieht man, dass alle mehr oder weniger die Forme einer umgekehrten Badewanne haben. Dabei liegen die Maxima der "Badewanne Big Laugh

" für größer werdende Heizleistungen auch in größerwerdenden Drehzahlbereichen. Das deute ich so das bis zum maxima der der Badewanne der prozess näherungsweise idealisiert abläuft, nach dem maximal bedingt durch adiabatikverluste, nicht mehr

Diesen Sachverhalt gilt es zu erklären und ich hab mir 2 Ansätze überlegt:

Je größer die Heizleistung ist desto heißer wird auch der Zylinderkopf, dh die Temperatur des oberen Temperaturreservoirs wird höher. Durch die höhere Temperatur haben die gasmoleküle ne größere Kin. Energie, damit ne größere Geschwindigkeit. Durch die größere Geschwindigkeit der gasmoleküle kann auch bei hohen Drehzahlen (=höhere Gasgeschwindigkeiten im Motor) der StirlingProzess noch näherungsweise idealisiert ablaufen, das Maxima der badewanne verschiebt sich in höhere Drehzahlbereiche.

Der 2. Ansatz ist der folgende, bzw eher ne Frage:

Entscheidend hinsichtlich dessen ob ein Kreisprozess idealisiert ablaufen kann ist, ob dem Arbeitsgas ausreichend Zeit für den Wärmeübergang zwischen Regenerator-Arbeitsgas, Kalten Energiespeicher-Arbeitsgas und Heißen Energiespeicher-Arbeitsgas gegeben wird. Je schneller sich ein Motor dreht destor kürzer wird diese Zeit.

Jetzt die Frage:

In Anbetracht der Versuchsauswertung stellt sich mir die Frage ob für wärmeres Gas (größere Energie) die Wärmeleitfähigkeit steigt bzw die Zeit für einen Wärmeübergang sinkt?!

So das war es erstmal von meiner Seite.

Bin auch für andere Deutungen der Messung offen

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

birdfire · Gast

Hey....du willst auf

raus oder?

Damit lässt sich meiner Meinung nach aber nur die Tatsache erklären, dass der Wirkungsgrad für höhere Heizleistungen steigt, nicht aber die Tatsache, dass sich die Wirkungsgradmaxima für höhere Heizleistungen bei höheren Drehzahlen befinden (im Diagramm)

Meine eigentliche Frage ist, (falls das beim ersten Post nicht rausgekommen ist) warum die Maxima für Nutzleistung und Wirkungsgrad für große Heizleistungen in höheren Drehzahlbereichen als für kleinere Heizleistungen befinden.

Gruß Matze Thumbs up!

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Stimmt, an diese Formel für den Wirkungsgrad hatte ich gedacht.

Dir geht es nun vor allem dabei um die Zusammenhänge mit Drehzahl und Heizleistung.

Wärmeres Gas (mehr Teilchenenergie, höhere Teilchengeschwindigkeit) leitet Wärme nun in der Tat schneller als kaltes. Aber hier ist das ja nur dann von Bedeutung, wenn die Wärmeleitung zu schlecht werden sollte, um schnell genug für den "Betriebsablauf" im Stirlingmotor zu sein.

Ich habe die Vermutung, begrenzend für diesen Ablauf ist hier eher weniger, wie gut die Wärmeleitung ist, sondern schlicht die Geschwindigkeit, mit der man Energie reintut (Heizen) und Energie rausholt. (höhere Umlauffrequenz bedeutet ja mehr Energieportionen pro Zeit, die herausgeholt werden.)

Ich würde eher vermuten, eine direktere Erklärung könnte vielleicht in so eine Richtung gehen: Läuft der Motor zu schnell, dann holt er mehr Energie pro Zeit raus als oben durch die Heizung nachgeliefert wird, und die Temperatur (des heißen Arbeitsgases?) und damit auch der Wirkungsgrad sinkt. Läuft der Motor langsamer als geheizt wird, dann geht Energie verloren, weil der Motor etwas zu warm wird und diese Wärme als Wärme-Energie abstrahlt oder abgibt, anstatt sie in Form von mechanischer Energie abzugeben.

Natürlich könnten auch Nichtidealitäten des Stirlingprozesses für eine Erklärung eine Rolle spielen, aber mein Gefühl ist, dass man die dann vielleicht lieber noch etwas konkreter an den einzelnen Phasen des Kreisprozesses festmachen sollte, um besser abschätzen zu können, ob und wie sehr sie denn wirklich hier ins Gewicht fallen könnten.

Ein netter Link zum Stirlingmotor im Praktikum scheint mir übrigens folgender zu sein:
http://grundpraktikum.physik.uni-saarland.de/scripts/Stirling_MD.pdf

birdfire · Gast

Hey, danke erstmal für deine Vermutung.

Mir kommen allerdings Zweifel auf, ich will diese hier mal erklären.

Ein "Situation" die du beschreibst ist die Folgende:

Der Motor dreht sich "zu schnell",dh. er holt mehr (oder besser gesagt zu oft-> Durch die hohe Drehzahl) Energie vom heißen Energiespeicher als dieser nachliefern kann, die Temperatur des heißen Energiespeichers und theoretische Wirkungsgrad sinkt.

Diese "Situation" hält aber nicht über lange Zeiträume an, sondern ist nur eine Momentaufnahme. Denn sinkt die Temperatur des heißen Energiespeichers und der Wirkungsgrad, verändert sich auch die Drehzahl des Motors nach unten.

Anderst herum gesagt: Nicht "der Motor" sondern " der Energiespeicher" "gibt an" wie schnell sich der Motor dreht. Nämlich genau so schnell wie auch die Wärmeenergie vom Wärmespeicher in den Kreisprozess "einfließen" kann, die der Motor für die jeweilige Drehzahl benötigt.

Die von dir beschriebene Situation ist meiner Meinung nach nur eine Momentaufnahme.

Bei den Messungen hielt dieser Zustand aber mehrere Minuten an, deshalb hab ich an dieser Erklärung so meine Zweifel.

Ich hoffe ich hab das alles richtig verstanden was du erklärt hast Willkommen

Danke dir nochmal für die Überlegungen !

EDIT:

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

birdfire · Gast

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

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