PROFILPELAJAR.COM

توضيح لفرق درجات الحرارة الصغير لمحرك هواء ساخن 1.مكبس القدرة 2.نهاية الاسطوانة الباردة 3.المحلل 4.النهاية الساخنة للاسطوانة Q1 تمثل الحرارة المضافة Q2 تمثل الحرارة المطرودة

محرك الهواء الساخن (سمي قديمًا بمحرك هواء^[1])هو أي محرك حراري يستخدم تمدد وانضغاط الهواء تحت تأثير التغير في درجات الحرارة لتحويل الطاقة الحرارية إلى شغل ميكانيكي، وهذه المحركات من الممكن أن تعمل وفقًا لدورات تحريك حراري مختلفة بما فيها محركات ذات دورات مفتوحة مثل محركات جورج كايلي أو جون ايريكسون أو محركات ذات دورات مغلقة مثل محركات روبرت ستيرلنغ.

وتتميز محركات الهواء الساخن عن محركات الاحتراق الداخلي والمحركات البخارية.

عمليًا، يتم تسخين الهواء وتبريده تكراريًا في اسطوانة، والقوة الناتجة عن التمدد والانضغاط تُستخدم لتحريك مكبس وإنتاج شغل ميكانيكي.^[2]

التعريف

مصطلح «محرك هواء ساخن» يستثنى منه المحركات التي تعمل على دورات تحريك حراري مثل دورة رانكن والتي يحدث لمائع التشغيل فيها تغير في حالته، ويستثنى أيضًا محركات الاحتراق الداخلي التقليدية والتي تتم فيها إضافة حرارة إلى مائع التشغيل عن طريق احتراق الوقود داخل الاسطوانة. أما محركات الاحتراق المستمر مثل محرك جورج برايتون الجاهز يتم استثناءه من هذه القاعدة.

تاريخيًا

خاصية التمدد في الهواء الساخن كانت معروفة قديمًا، حيث وصف هيرو السكندري في كتبه بعض الأجهزة التي يعتقد أنها كانت تفتح أبواب المعابد وحدها عند وضع نيران عند المدخل. ومحركات الهواء الساخن أو ما كان يعرف بمحركات الهواء تم تسجيل اختراعها تقريبًا في عام 1699,^[3] في تلك الفترة الزمنية عندما خرجت قوانين الغازات للنور، وتم تسجيل براءات اختراعات مختلفة مثل هينري وود وتوماس ميد ^[4]، وبراءة اختراع الأخير كانت تشمل العناصر الأساسية أو المفهوم الأولي لمحرك ستيرلينغ. لكن للأسف لم يكن أي من براءات الاختراعات هذه يشمل محرك فعلي يعمل بينما أول محرك فعلي تمت صناعته كان محرك غازي يعمل بدورة مفتوحة من اختراع المخترع الإنجليزي جورج كايلي عام 1807.^[5]^[6]

بينما كان محرك روبرت ستيرلنغ في عام 1818 هو أول محرك هواء فعلي ينتج شغل.^[7] وهو ما يعرف الآن باسم المجدد، حيث يُخزن الحرارة من الجزء الساخن للمحرك حيث يمرر الهواء للجزء البارد ويحمل الهواء البارد الحرارة معه لينتقل إلى الجزء الساخن مرة أخرى، هذا الاختراع قام بتحسين كفاءة محرك ستيرلينغ.

دورات التحريك الحراري

دورات التحريك الحراري التي تُستخدم في محركات الهواء تتكون من 4 إجراءات من الممكن أن تكون أي أربعة من الآتي:

إجراء بثبوت درجة الحرارة (حيث يتم إضافة أو طرد حرارة من المصدر الحراري لكن بثبوت درجة الحرارة في الأثناء)
إجراء بثبوت الضغط (أي تتم العملية لكن بثبوت ضغط الهواء)
إجراء بثبوت الحجم (أي تتم العملية لكن بثبوت حجم الهواء)
إجراء بثبوت العشوائية (الإنتروبيا) (أي لا يتم إضافة حرارة أو طردها من مائع التشغيل في الأثناء)
إجراء بدون تبادل حراري
إجراء بثبات المحتوي الحراري

بعض الأمثلة على ذلك:^[8] قالب:جدول دورات تحريك حراري

انظر ايضًا

محرك صوتي حراري

مراجع

^ Robert Sier (1999). Hot air caloric and stirling engines. Vol.1, A history (ط. 1st Edition (Revised)). L.A. Mair. ISBN:0-9526417-0-4.
^ Stirling (or Hot air) engine نسخة محفوظة 04 مايو 2013 على موقع واي باك مشين.
^
In 1699, Guillaume Amontons (1663-1705) presented, to the Royal Academy of Sciences in Paris, a report on his invention: a wheel that was made to turn by heat. The wheel was mounted vertically. Around the wheel's hub were water-filled chambers. Air-filled chambers on the wheel's rim were heated by a fire under one side of the wheel. The heated air expanded and, via tubes, forced water from one chamber to another, unbalancing the wheel and causing it to turn. See:
- Amontons (20 June 1699) "Moyen de substituer commodement l'action du feu, à la force des hommes et des chevaux pour mouvoir les machines" (Means of conveniently substituting the action of fire for the force of men and horses in order to move [i.e., power] machines), Mémoires de l'Académie Royale des Sciences, pages 112-126. The Mémoires appear in the Histoire de l'Académie Royale des Sciences, année 1699, which was published in 1732. The operation of Amontons' moulin à feu (fire mill) is explained on pages 123-126; his machine is illustrated on the plate following page 126.
- For an account of Amontons' fire-powered wheel in English, see: Robert Stuart, Historical and Descriptive Anecdotes of Steam-engines and of Their Inventors and Improvers (London, England: Wightman and Cramp, 1829), vol. 1, pages 130-132 ; an illustration of the machine appears on page 351. نسخة محفوظة 01 يناير 2014 على موقع واي باك مشين.
^ Robert Sier (1999). Hot air caloric and stirling engines. Vol.1, A history, page 56 (ط. 1st Edition (Revised)). L.A. Mair. ISBN:0-9526417-0-4.
^ Stirling engine history نسخة محفوظة 20 سبتمبر 2009 على موقع واي باك مشين.
^ Detailed contents of the book Hot air caloric and stirling engines. Vol.1, A history نسخة محفوظة 03 مارس 2016 على موقع واي باك مشين.
^ Finkelstein, T and Organ, A.J (2001). Chapter 2.2 Air Engines. Professional Engineering Publishing. ISBN:1-86058-338-5.{{استشهاد بكتاب}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
^ Wurm, Jaroslav (1991). Stirling and Vuilleumier heat pumps: design and applications. McGraw-Hill. ISBN:0-07-053567-1.