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Jedes der 4 Zylinderpaare dieser kompletten 2 mal doppelt wirkenden Maschine bildet eine Teilmaschine. Im Zylinderpaar jeder Teilmaschine arbeiten die Kolben des Expansionszylinders und des Kompressionszylinders um einen in das Programm einzugebenden Winkel (Parameter: "PHASE=-90.0" Grad, siehe Kapitel II.3.3 ) phasenversetzt zueinander. Es gibt somit 4 Teilmaschinen mit je einem Expansionszylinder, einem Regenerator und einem Kompressionszylinder. Diese Teilmaschinen seien bezeichnet mit "H1-K1", "H2-K2", "H3-K3" und "H4-K4". Jede einzelne Teilmaschine ist ueber Kurbeltriebe und Kolbenstangen so mit den anderen verbunden, dass, wenn der Phasenversatzwinkel zwischen der Kolbenbewegung im Kompressions- und im Expansionszylinder mit: "PHASE=-90.00" eingegeben wurde, alle 90 Grad Kurbelwellenumdrehung ein Arbeitstakt erfolgt. (Siehe hierzu die Beschreibung der Maschine).
Anordnung der Zylinder bei der 2 mal doppelt wirkenden Maschine. In jedem Zylinderkopf befinden sich die Einspritzduesen fuer die jeweils kalte oder heisse Arbeitsfluessigkeit.
KW = Kurbelwelle mit Schwungrad, KU1= unterer Kurbeltrieb, KU2= oberer Kurbeltrieb,
M = Mitnehmerkupplung
WH1 - WH4 : externe Waermetauscher fuer die heissen Zylinder
WK1 - WK4 : externe Kuehler fuer die kalten Zylinder
RC : Regelungs Zylinder (hier nur fuer die kalten Zylinder K4 und K3 skizziert)
Die Regeneratoren "R" zwischen den heissen "H"- und den kalten "K"- Zylindern sind zugleich als Gegenstrom Waermetauscher ausgebildete Verbindungsleitungen.
Wahlweise kann auch eine einfach wirkende Maschine mit nur 1 Zylinderpaar oder eine doppeltwirkende Maschine mit 2 Zylinderpaaren, die jeweils um 180 Grad zueinander versetzt arbeiten, gerechnet werden. (Siehe dazu die in der 1. Eingabezeile einzulesende Variable "NZYL" in Kapitel II.3.1.)
Zylinderanordnung bei der doppelt wirkenden Maschine | Zylinderanordnung bei der einfach wirkenden Maschine
Berechnete Werte von z. Zeit 594 Funktionen koennen in Diagrammen dargestellt werden, oder wahlweise zusaetzlich auch ausgedruckt werden.
Das Programm fuehrt keine Waermeuebergangsrechnungen zwischen Erhitzer (bzw. Kuehler), den Wandungen und dem Arbeitsfluid aus. Die Waermeueber- tragung ist in dieser Maschine infolge der Beregnung des Arbeitsfluids und der Oberflaechen vergroessernden Drahtnetzeinbauten eine andere als die in herkoemmlichen Stirling Maschinen. Genuegend gute Methoden zur Berechnung eines solchen Waermeuebergangs sind mir nicht bekannt. Daher wird hier ein anderer Weg vorgeschlagen:
Da bei der energetischen Berechnung des Arbeitsprozesses die Temperaturen bekannt sein muessen, werden in diesem Programm "STMOT2" 3 verschiedene "Betriebszustaende" fuer die Temperaturen in der Maschine definiert, zwischen denen man waehlen kann. "Rueckwaerts" gerechnet, ergeben sich dann die zu diesen Temperaturen gehoerenden Waermefluesse und Druecke.
Diese 3 Betriebszustaende sind:
Eine polytrop verlaufende Zustandsaenderung kann den realen Verhaeltnissen dieses Arbeitsprozesses sicherlich am besten gerecht werden. Durch Experimente und Messungen sollten sich die Polytropenexponenten ermittel lassen, die mit dieser Berechnungsart genuegend gute Ergebnisse bringen. Geplant ist, ueber die Dateneingabe eines gemessenen Indikator (P-V) Diagramms einer Teilmaschine, die polytrop verlaufende Zustandsaenderung erfassen zu koennen, und ueber diesen Weg die benoetigten Polytropenexponenten und dann den Temperaturverlauf bestimmen zu koennen. Naeheres darueber im ausfuehrlichen Bericht ueber diese Maschine.
Berechnet werden in Abhaengigkeit von der Zeit:
Hub-Volumina, normiertes Volumen "V", die auf "V" bezogene Temperatur "T", Druecke, Waermefluesse, Enthalpien, Entropien, die Gasdichte sowie die Gasmassenverteilung, die Ausdehnungsarbeit, technische Arbeit, Drehmomente und Kolbenstangenkraefte sowie die durch Reibung und Massen- beschleunigung entstehenden Verluste in der Maschine, sowie bei polytroper Zustandsaenderung auch die Temperaturverteilung in den Expansions- und Kompressionszylindern und den Regeneratoren,
Das Programm kann auch eine Maschine berechnen, die mit einem aus Gas und Sattdampf bestehenden Arbeitsfluid arbeitet. In diesem Fall muss eine Arbeitsfluessigkeit gewaehlt werden, deren Dampfdruck signifikant ist fuer die Temperatur im Expansionszylinder. Dann kann der Dampf - Partialdruck den Gesamtdruck in den Zylindern u.U. wesentlich erhoehen. Das Programm rechnet mit Wasser bzw. mit Wasserdampf. Die Wasserdampf Stoffwerte stellt die Subroutine "PDAMPF" zur Verfuegung. "PDAMPF" benutzt das NBS/NRC "Steamtable" Programm von L.Haar, J.S.Gallagher und G.S. Kell (Springer Verlag)
Eine auf diesen Sattdampf - Partialdruck bezogene Sattdampf-Temperatur "T3" wird definiert. Es werden weiter Enthalpie, Entropie sowie auch die Nutzarbeit der Dampfkomponente berechnet.(Siehe hierzu auch den ausfuehrlichen Bericht mit der Beschreibung der Wirkungsweise und Berechnung dieser Stirlingmaschine)
Nach Beendigung einer Berechnung versucht STMOT2, Eingabedaten fuer eine naechste neue Berechnung einzulesen. Es koennen also mehrere Rechen- laeufe hintereinander gemacht werden, deren Ergebnisse - wenn gewuenscht- auch uebereinander gezeichnet werden koennen. So koennen z.b. fuer die selben Maschinendaten in einem Diagramm Kurven gezeich- net werden, die einmal unter Beruecksichtigung des Dampf-Partialdrucks und einmal ohne diesen errechnet wurden. Das Programm wird beendet durch eine Eingabezeile mit dem Wort: STOP (Siehe II.3.6 )
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