Le Moteur de Stirling. VIVET Nicolas et BOULANT Anthony Licence Physique, 2003, Université du Maine
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- Quentin Beauchemin
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1 Le Moteur de Stirling VIVET Nicolas et BOULANT Anthony Licence Physique, 2003, Université du Maine 1
2 Historique Moteur de Stirling Fonctionnement Notre Moteur Sommaire Pompe à chaleur de Stirling Fonctionnement Nos prototypes et leurs performances Avantages/ Inconvénients /Applications 2
3 Historique Pasteur Stirling (1790,1878) Moteur à air chaud breveté en1816 Construire un moteur sans chaudière Dépasser par le moteur à combustion Application dans l automobile qui fut oubliée (rendement de 30 %) Ecologique 3
4 MOTEUR DE STIRLING DE TYPE γ 4
5 Fonctionnement du moteur Les quatre étapes du fonctionnement. Détente Refroidissement Compression Chauffage Représentation dans le diagramme P,V 5
6 Détente 6
7 Refroidissement 7
8 Compression 8
9 Chauffage 9
10 Représentation dans le diagramme PV Source: 10
11 Notre Moteur de Stirling 1/Conception 2/Améliorations 3/Démo 4/Mesures 5/Performances 6/Rendement 11
12 Conception du moteur -Réalisation du disque supérieur et du portique. -Réalisation du disque inférieur. -Conception du piston de déplacement. -Fermeture du bloc déplaceur. -Construction du bloc «moteur». -Construction du volant d inertie. -Réalisation et réglages des bielles. 12
13 Améliorations 1 Utilisation d inox pour éviter la corrosion. Blocage des billes Utilisation de plastique pour le piston déplaceur Réduire la masse de tout ce qui bouge(bielles, pistons, cd ) 13
14 14
15 Améliorations 2 Disques de plus grand diamètre. Utilisation d un cylindre en plastique transparent. Modification du portique et ajout d un petit moteur pour permettre le fonctionnement en mode «pompe à chaleur». 15
16 16
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18 Démo Recommandations pour faire fonctionner le moteur : Disposer le moteur sur la source chaude puis dés que le cd commence à tourner disposer la source froide (glaçons) sur le disque supérieur. La position des sources n a pas d importance mais nous avons souvent disposer la source chaude en dessous. 18
19 Avec la source chaude en dessous 19
20 Avec la source chaude au dessus 20
21 Mesures Mesure de la vitesse de rotation du cd Avec un stroboscope Grâce à une porte optique Mesure de la puissance mécanique 21
22 Mesure de la vitesse de rotation du CD 22
23 Mesure de la vitesse de rotation du CD 23
24 Mesure de la Puissance Mécanique P m = 2 π ν F 1 - F 2.r P m =2π r. ν. F 1 - F 2 = 2π = 23mW 24
25 Mesure de la Puissance Mécanique 25
26 P m =50mW 26
27 27
28 Fréquence de rotation en fonction du temps f ( t o u r s /s e c ) 2,0000 1,5000 1,0000 0,5000 0, t(min) 28
29 Variation de Tbas et Thaut en fonction du temps T ( C) T haut T bas t(min) 29
30 Rendement Il est égal à celui du cycle de Carnot Voir Régénérateur T η =1 T f c 30
31 rendement théorique du moteur en fonction du temps 0,300 0,250 rendement 0,200 0,150 0,100 0,050 0, t (min) 31
32 Essai avec N2 liquide 32
33 Fonctionnement en Pompe à Chaleur MACHINE n 1 FONCTIONNEMENT PERFORMANCES MACHINE n 2 DESCRIPTION PERFORMANCES 33
34 Machine n 1 34
35 Chauffage 35
36 Compression 36
37 Refroidissement 37
38 Détente 38
39 39
40 Variation des températures haute et basse en fonction du temps T( C) 22, , , , t (min) T haut T bas 40
41 Conclusion Expérimentale Même si nous avons observé les variations de températures attendues (théoriques), elles restent néanmoins minimes, et doivent pouvoir être améliorables. Pourquoi notre second moteur ne nous a t il pas permis un refroidissement important? La dépression est minuscule à cause de la taille de notre piston moteur. De plus les sources «froide» et «chaude» sont très proches l une de l autre, leur influence mutuelle empêche l obtention de grande différence de température. 41
42 Machine n 2 Configuration α 42
43 Construction COMPRESSEUR à DEUX PISTONS ISOLEMENT DU BLOC MOTEUR MODIFICATION POUR OBTENIR UN DEPHASAGE DE π 2 43
44 44
45 45
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47 1. Ajouter l étape de refroidissement 2. Modification du vilebrequin 47
48 48
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50 Fonctionnement 50
51 Pas besoin de chaudière sophistiquées Fluide de travail non renouvelé +peu d entretien (pas de lubrifiant) =économique Fonctionne avec n importe qu elle source de chaleur (solaire..) Aucun rejet = écologique Rendement élevé Avantages Fonctionnement en régime fermé = pas de corrosion Peu bruyant 51
52 Inconvénients Prix de fabrication Le rendement dépend de la différence de température stockage coûteux (voiture) Puissance difficile à régler Fuite du fluide de travail 52
53 Utilisations Usage militaire (sous marin silencieux) Domaine spatial(satellite,rendement élevé car grande différence de température) ex NASA Application industrielle (automobile) Production de basses températures (cryogénie jusqu à 10 K, vision infra-rouge) Utilisations domestiques (cogénération: chauffage et production d électricité; réfrigérateur ) Applications biomédicales (cœur artificiel) 53
54 Bibliographie Photologie.net (Hubert Roussel) TP SM2 Théorie: Thermodynamique (Pérez) 54
55 Merci de votre attention 55
56 Moteurs de Stirling de la NASA 56
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60 60
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