Le stirling n'intéresse personne ?

[invitea5dccaba]

Oui près de 40% je crois pour les meilleurs diesel.

Papymusic, je suppose que tu as réalisé plusieurs moteurs. Quels sont les constatations auxquelles tu arrives en les faisant fonctionner? Moi sur le seul en fonction que j'ai construit pour l'instant, j'observe des comportements curieux. Il est vrai qu'il est tout petit et qu'à petite echelle le moindre frottement ralenti ou bloque le moteur. Il est du type gamma avec l'architecture ultra classique qui est très loin d'être la meilleure. Le cylindre et le piston sont en laiton, l'alesage fait 17mm et la course 23mm. La partie déplaceur et faite de 2 parties. La partie chaude en acier séparé par un joint papier (isolant ) de la partie froide en aluminium avec des ailettes de refroidissement pour essayer de limiter le transfert thermique par conduction entre partie chaude et froide (les materiaux sont choisis pour leur propriété de conductivité thermique). L'alesage du cylindre deplaceur est de 25mm. Le Ø du deplaceur (qui est en chêne parce qu'il a conductivité thermique faible) fait 24,3mm et sa longueur est de 29mm. La course est de 31mm. Il est mû par l'intermédiaire d'une tige de 3mm en stub qui passe dans un guide en laiton.
De temps en temps le moteur se bloque. Le deplaceur en bois et bien sur devenu tout noir (et a diminué en Ø et en longueur) et genere sans doute des gaz ou des fumées qui encrassent le piston et finissent par le bloquer. Une fois nettoyé ça repart. Mais en dehors de ces phénomènes (qui deviennent de plus en plus rare au fur et à mesure que le bois se transforme sous l'effet de la chaleur et se stabilise), le moteur ralenti parfois puis réaccelere sans qu'une cause évidente soit observable. Le moteur conserve une rotation fluide et sans a-coups mais ralenti presque à s'arreter puis repart à pleine vitesse sans que la flamme n'ait bougé...
Je pense que l'explication est que la partie froide se rechauffe ayant pour conséquence un diminution du delta T entre partie chaude et froide. Du coup le moteur ralenti. Il en resulte donc un moindre transfert thermique. La partie froide peut donc évacuer des calories. Ce qui a pour effet de réaugmenter le delta et le moteur réaccelere et ainsi de suite. Ma conclusion est que la partie froide ne dissipe pas assez efficacement les calories et qu'il faut en ameliorer l'efficacité. J'ai essayé de la refoidir avec de l'eau mais ce n'est apparement pas si simple.
Cette architecture est de toute façon très loin d'être optimale. Je vais prochainement fabriquer un moteur légérement plus gros avec source froide et chaude à l'opposé à 180° l'une de l'autre de chaque coté du vilbrequin. Serge Kluchenko est le premier qui à ma connaissance a décrit cette architecture. Pour moi c'est la meilleure qui soit puisqu'elle permet de réduire à son minimum la conduction entre ces deux zones.
Il y aussi le sujet de devier les echangeur thermiques en fonction de la direction des gaz. Ce point est à mon avis difficilement envisageable sur de tout petits moteurs tel celui décrit plus haut. Mais sur un moteur plus gros j'y pense. J'ai lu le système de Serge Klutchenko qui utilise un vortex dans un sens pour permettre un echange thermique sur les parois et un ecoulement droit dans l'autre pour diminuer fortement l'echange thermique (si j'ai bien compris). C'est très ingénieux. Moi je songe à utiliser une distribution du style vanne à boisseau commandé par un excentrique. Quand on en maitrise la réalisation, c'est très peu energivore. Je voudrais aussi bosser sur le dephasage, car j'ai l'impression sans pouvoir le confirmer que le dephasage de 90° n'est pas necessairement celui qui génère le plus de travail par cycle. Apparement il existe un document sur la question mais je ne l'ai pas en ma possesion. Le soucis dans tout ça, c'est que je manque cruellement de temps et que j'avance pas vite.

Sinon j'ai déjà vu une solution rotative mais à mon avis les échanges thermiques sont pas evidents à maitriser et comme de leur qualité dépend le rendement du moteur cela va être compliqué. Mais tu as raison il ne faut rejeter aucune piste.

A+

[invitedbb5457c]

Je vais prochainement fabriquer un moteur légérement plus gros avec source froide et chaude à l'opposé à 180° l'une de l'autre de chaque coté du vilbrequin.

Tu vas gagner sur la partie thermique, mais perdre sur la partie mécanique (étanchéité et/ou frottements).
Imaginons que ton moteur ait un rendement de 33%.
Perdre 1W d'énergie mécanique équivaut à une perte de 3W d'énergie thermique...

[invitedbb5457c]

le moteur ralenti parfois puis réaccelere sans qu'une cause évidente soit observable

Est-ce que ton stirling contient un clapet limiteur de pression/depression ?
S'il n'y en a pas (ou qu'il est mal taré) ton problème de ralentissement périodique vient de là...

Cette architecture est de toute façon très loin d'être optimale. Je vais prochainement fabriquer un moteur légérement plus gros avec source froide et chaude à l'opposé à 180° l'une de l'autre de chaque coté du vilbrequin. Serge Kluchenko est le premier qui à ma connaissance a décrit cette architecture. Pour moi c'est la meilleure qui soit puisqu'elle permet de réduire à son minimum la conduction entre ces deux zones.

As-tu déjà utilisé une sarbacane avec des boules de cotillon ?
Parmi les munissions, on a le choit entre :
- des boules de cotillon plus petites qui ne frotteront pas sur les paroies de la sarbacane. Mais, dans ce cas, il y aura des fuites d'air tout le tour, et donc des problèmes d'étranchéitée...
- des boules plus grosses, dans ce cas, pas ou peu de fuites d'air, mais d'important problème de frottement.
Donc, on est obligé de faire un compromis (plus ou moins bon) entre étanchéité et frottements, mais il y aura toujours des pertes...

Continuons avec la sarbacanne, mais en bouchant l'extrémité avec le doigt. On se trouve plus ou moins dans le cas d'un stirling à cylindre fermé, la boule de cotillon faisant office de déplaceur.
L'étanchéité autour de la boule n'est plus un problème car la pression est identiques de part et d'autre. Donc, il est possible de choisir une petite boule, qui n'aura pas de frottement.
Dans ce cas, pas de compromis à faire...

Si maintenant, on prend 2 sarbacannes, avec deux personnes qui soufflent, et deux boules de cotillon reliées par une tige. On se retrouve dans le situation du stirling avec deux chambres séparées.
Les problèmes d'étanchéité réaparaissent. Ils sont même doublés !

A mon avis, séparer les deux chambres est une fausse bonne idée, car cela complique énormément les problèmes d'étanchéités...
Tu peux aussi regarder ce fils du forum.

[Eric DUPONT]

Bonjours,
excusez moi de vous interompres dans vos recherche mais j'ai une idée qui me vient a l'esprit.

dans mon projet de voiture a azote liquide j'ai 180 litre d'azote que je rechauffe d'abbord avec de l'air puis avec 80 litre d'eau chaude a 300°c et j'obtiens 30 kwh.

quel energie pourraisje esperer recuperer si au lieu de rechauffer l'azote liquide avec l'air je rechauffais l'azote avec un moteur stirling. rien que pour evaporer les 180 litres d'azote il faut 50 kcal par kilogramme d'azote soit environ 7500 kcal soit 10 kwh?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitedbb5457c]

quel energie pourraisje esperer recuperer si au lieu de rechauffer l'azote liquide avec l'air je rechauffais l'azote avec un moteur stirling. rien que pour evaporer les 180 litres d'azote il faut 50 kcal par kilogramme d'azote soit environ 7500 kcal soit 10 kwh?

Pour une machine thermodynamique "parfait", la portion d'énergie mécanique récupération est fonction du rendement :
rendement = 1 - Tf/Tc
Avec des températures (froide et chaude) exprimée en °K.
Avec une source froide à -190°C et une source chaude à 20°C :
1 - (273,16-190)/(20+273,16) = 0.71
Donc, on pourrait, au mieux, transformer 71% de la quantité de chaleur en énergie mécanique.
(Au passage, avec une source froide à -190°C et une source chaude à 300°C, le rendement théorique est de 85% !)

Pour un stirling en fonctionnement (compte tenu des pertes dans les échangeurs thermiques, et des pertes mécaniques), je pense que l'on doit pouvoir considérer que la source froide est à -150°C et la source chaude à 0°C , on obtient un
rendement d'environ 55%
1 - (273,16-150)/273,16
C'est a dire récupérer 55% de l'énergie ayant permis de vaporiser l'azote et de le réchauffer jusqu'à -150°C.

Compte tenu de la grande différence de température initiale, tu dois pouvoir faire tourner un second striling. Par exemple, entre -100°C et 0°C, avec un rendement de
36% (36% de l'énergie ayant permis de réchauffer l'azote de -150°C à -100°C).
Et, éventuellement un troisième (mais le rendement de ce dernier étage sera beaucoup moins bon...).

Ca, c'est pour la théorie, après, pour mettre tout ça dans une voiture, il faut que cela soit compatible au niveau l'encombrement...
Autre chose, les stirlings sont très adaptés pour les régimes de fonctionnement à vitesse constante.

[Eric DUPONT]

pour faire passer les 180 d'azote de - 193° a 0° il faut un peu pres 17 kwh, cette énergie est donc prélevé dans l'air.

mais faire marcher un moteur stirling a -193 ca doit poser des probemes de lubrification et effectivement ca risque de faire un moteur encombrent.

parceque dans lemême ordre d'idé on purrait faire marcher un moteur sirling avec les gaz d'echappement a 700° d'une voiture.

[invitedbb5457c]

mais faire marcher un moteur stirling a -193 ca doit poser des probemes de lubrification

Pas forcement.
Dans un stirling, toute la mécanique peut être déporté du coté chaud. L'étanchéité et la lubrification peuvent donc se faire à la température ambiante. Enfin, en pratique, il y aura inévitablement des ponts thermique, donc ça sera certainement plus froid que la température ambiante. Mais on sera loin des -193°C !

parceque dans lemême ordre d'idé on purrait faire marcher un moteur sirling avec les gaz d'echappement

Les turbo compresseur permettent sans doute de récupérer une partie de cette énergie.
Mais, comme toujours pour l'automobile, ce qui compte, ce n'est pas le rendement, c'est le poids ou/et encombrement.

[invitec900c846]

Bonjours,
excusez moi de vous interompres dans vos recherche mais j'ai une idée qui me vient a l'esprit.

dans mon projet de voiture a azote liquide j'ai 180 litre d'azote que je rechauffe d'abbord avec de l'air puis avec 80 litre d'eau chaude a 300°c et j'obtiens 30 kwh.

quel energie pourraisje esperer recuperer si au lieu de rechauffer l'azote liquide avec l'air je rechauffais l'azote avec un moteur stirling. rien que pour evaporer les 180 litres d'azote il faut 50 kcal par kilogramme d'azote soit environ 7500 kcal soit 10 kwh?

BJR ERIC

AVEZ PENSEZ A 1 AUTRE STOCKAGE QUE L'eau pour stocker LA CHALEUR COMME http://www.bsrsolar.com/core1-3.php3 2,5 *plus performant par rapport a l'eau (0,8 kW.H/KG) VOIR UN BRULEUR A PELLET LES GRANULES ONT UN STOCKAGE D'ENERGIE DE 4KW.h/kg avez penser au moteur ericsson pour la propulsion?

[invitea5dccaba]

Est-ce que ton stirling contient un clapet limiteur de
pression/depression ?
S'il n'y en a pas (ou qu'il est mal taré) ton problème de ralentissement
périodique vient de là...

As-tu déjà utilisé une sarbacane avec des boules de cotillon ?
Parmi les munissions, on a le choit entre :
- des boules de cotillon plus petites qui ne frotteront pas sur les paroies de la sarbacane. Mais, dans ce cas, il y aura des fuites d'air tout le tour, et donc des problèmes d'étranchéitée...
- des boules plus grosses, dans ce cas, pas ou peu de fuites d'air, mais d'important problème de frottement. Donc, on est obligé de faire un compromis (plus ou moins bon) entre étanchéité et frottements, mais il y aura toujours des pertes...

Continuons avec la sarbacanne, mais en bouchant l'extrémité avec le doigt. On se trouve plus ou moins dans le cas d'un stirling à cylindre fermé, la boule de cotillon faisant office de déplaceur. L'étanchéité autour de la boule n'est plus un problème car la pression est identiques de part et d'autre. Donc, il est possible de choisir une petite boule, qui n'aura pas de frottement. Dans ce cas, pas de compromis à faire...

Si maintenant, on prend 2 sarbacannes, avec deux personnes qui soufflent, et deux boules de cotillon reliées par une tige. On se retrouve dans le situation du stirling avec deux chambres séparées.
Les problèmes d'étanchéité réaparaissent. Ils sont même doublés !

A mon avis, séparer les deux chambres est une fausse bonne idée, car cela complique énormément les problèmes d'étanchéités...
Tu peux aussi regarder ce
fils du forum.

Pas mal ton image de sarbacane, mais ton raisonnement je me l'étais déjà tenu. Et je ne partage pas ta conclusion. Le déplaceur qui ne touche pas les parois et qui ne frotte donc pas, il est tout de même mu par une tige, qui elle, frotte. Dans l'autre système les deux pistons opposés frottent surement plus que la tige je te l'accorde. Donc on dira que c'est l'inconvénient de cette architecture.
Pour l'etanchéité, ça dépend. Une étanchéité satisfaisante (sans joints) est beaucoup plus diffcile à obtenir sur un Ø3mm que sur un Ø20mm par ex (du moins je parle pour moi, je ne sais pas de quels moyens d'usinage tu disposes ni ce que tu as déjà réalisé). Donc ces questions d'etanchéité dépendent surtout de l'echelle du
moteur. En conséquence ce qu'on pert en frottements on le gagne déjà en étanchéité et du point de vu thermique là y a pas photo le système à deux pistons opposés et bien meilleur.

Pour revenir aux frottements, s'il est vrai qu'ils sont très importants dans un tout petit moteur qui ne produit que très peu de puissance, le pourcentage de pertes qu'ils representent décroit avec l'echelle.

Exemple : prenons un moteur à echelle 1 et le même à echelle 2. Pour l'exemple on considerera que les echangeurs ont la même efficacité dans les deux echelles).

Les surfaces en contact sont élevées au carré de l'echelle. En l'occurence
2² = 4

Donc concretement si à l'echelle 1 un piston fait Ø20mm et 20mm de long, lasurface en contact avec la chemise est 12,56cm2. Dans le moteur à l'echelle 2 le piston fait Ø40mm et 40mm de long soit une surface de 50,26cm². Donc 4 fois plus (2²). Il en sera de même pour toutes les surfaces en frottement.

La surface du piston du moteur à l'echelle 1 sera elle aussi 4 x plus grande que celle de celui du moteur à l'echelle 1

Pour ce qui est du volume de gaz contenu dans le moteur à l'echelle 2 ainsi que des volumes balayés par les pistons, c'est différent puisqu'ils seront, eux, équivalent au cube de ceux contenu moteur à echelle 1. Soit 8 x plus que dans le même moteur seulement 2 fois plus petit.

Donc au bilan la surface du piston moteur est 4 x plus importante donc la force qui le repousse aussi. Les frottements eux aussi sont "théoriquement multipliés par 4". Le volume de gaz qui produit le travail est, par contre, 8 x plus grand.

On peut approximer que le travail par cycle du moteur à l'echelle 2 est 8 x plus grande que celle du moteur à echelle 1 (ce qui se verifie en utilisant un simulateur), alors que les frottements "ne sont que" 4 fois plus importants.
Il en resulte que le pourcentage de pertes par frottement est divisé par 2 rien que par la multiplication par 2 de l'echelle. Mais tout ceci est très théorique, car, il est facile de diminuer encore ces pertes à grande echelle. On peut utiliser des solutions techniques genérant moins de frottements et de même, on peut lubrifier plus aisement et plus efficacement (alors que dans un petit moteur le simple fait de lubrifier ralenti considérablement la vitesse de rotation à cause de la viscosité du lubrifiant que la très faible puissance générée peine à vaincre).

En revanche l'accroissement de l'echelle ne resout en rien les problemes de perte de chaleur par conduction par les parois du cylindre déplaceur ainsi que par le déplaceur lui même. Or pour accroitre le rendement il faut surtout que l'energie qui sert pour chauffer aille au maximum dans le gaz de travail. Avec le système à déplaceur, non seulement une bonne partie de la chaleur ne passe pas dans le gaz de travail mais en plus elle s'en va rechauffer la partie froide qui elle pour maximiser le rendement doit être la plus froide possible (on sait bien que plus grand et le delta T meilleur est le rendement). Pour finir les surfaces d'echange thermique ne sont
pas vraiment optimale dans ce systeme alors que dans le système à pistons opposés il est aisé de faire passer le gaz d'une chambre à l'autre au travers d'echangeur thermique nettement plus performant.

[invitedbb5457c]

Une étanchéité satisfaisante (sans joints) est beaucoup plus diffcile à obtenir sur un Ø3mm que sur un Ø20mm par ex

Si tu prends ton calcul de surface de frottement. Entre un Ø3mm et un Ø20mm, les frottements sont multipliés par 6,7
Et comme il y a 2 chambres Ø20mm, il faut encore multiplier par 2. On peut sans doute faire l'économie du piston moteur... Mais, le piston moteur est quand même plus petit que le déplaceur.
Idem pour la section de fuite. 0.5mm de jeu représente un section de fuite de 6.7 fois plus rendre sur un Ø20mm que sur un Ø3mm.

Concernant les techniques de fabrication, au contraire, la difficulté est souvent proportionnelle à la dimension à réaliser. Par exemple, faire une pièce de 3mm +/-1mm (mesure à l'œil ), c'est plus facile que de faire une pièce de 300mm +/-1mm (obligation d'avoir un bon mètre). Ce qui est plus facile que de faire d'une pièce de 30m +/-1mm !

Enfin, il est plus facile d'obtenir une étanchéité à la température ambiante qu'à une température différente. Les matériaux possible sont différents. Et, avec les variations de température entre le démarrage et fonctionnement, il y a des variations de caractéristiques des matériaux :
- dilatation
- élasticité
- viscosité
Ce qui complique encore plus le choix...

Exemple : prenons un moteur à echelle 1 et le même à echelle 2. Pour l'exemple on considerera que les echangeurs ont la même efficacité dans les deux echelles).

La surface d'échange gaz / source est multipliée par 4.
Il ne me semble pas du tout évident que la puissance des échangeurs soit, elle, multipliée par 8. Et donc,peu probable que la puissance du moteur soit multiplié par 8 !

[invitedbb5457c]

Et donc,peu probable que la puissance du moteur soit multiplié par 8 !

Avec un moteur qui tourne 2 fois moins vite, (donc seulement 4 fois plus puissant que le petit), les frottements sont effectivement diminués.
Mais les problèmes d'étanchéité, eux, sont fonction :
- de la section de fuite (multiplié par 4 par rapport au petit moteur)
- du temps par cycle (multiplié par 2 car le moteur tourne 2 fois moins vite)
Conclusion : On retombe sur le même problème: on gagné en frottement, ce que l'on perd en étanchéité...

[invitea5dccaba]

Concernant les techniques de fabrication, au contraire, la difficulté est souvent proportionnelle à la dimension à réaliser. Par exemple, faire une pièce de 3mm +/-1mm (mesure à l'œil ), c'est plus facile que de faire une pièce de 300mm +/-1mm (obligation d'avoir un bon mètre). Ce qui est plus facile que de faire d'une pièce de 30m +/-1mm !

Tu es usineur? tourneur, fraiseur? Je vois pas bien ce que tu cherches à démontrer. En ce qui me concerne, mes pistons sont ajustés au pire à 1/100ème dans leur chemise et j'arrive à descendre en dessous en y apportant un très grand soin (mon tour a pas loin de 40 ans et n'est pas équipé de DRO). Et cette précision je peux l'atteindre jusqu'à Ø120mm. Mais avec les moyens du boulot la précision descend sans pb au micron et bien au dela d'un Ø120. Au début de ma carrière j'ai bossé chez le N°2 mondial des fabricants de système d'injection diesel. En injection indirecte la précision descendait au micron en rectif cylindrique des aiguilles d'injecteur pour appairage dans les corps d'injecteur et ce sur plusieurs dizaines de millier d'injecteurs produits par jour. J'ai participé au début de l'injection common rail (à 1600bars à l'époque). Et sur cette nouvelle génération d'injection les précisions étaient bien plus sévères encore. ±2 microns (et état de surface Ra de 0.1) sur l'appairage d'une valve hydraulique interne à l'injecteur. Et là, la capacité de production devait atteindre 50000 pièces par jour. Et je te parle pas de la précision des moyens de métrologie.

Avec un moteur qui tourne 2 fois moins vite, (donc seulement 4 fois plus puissant que le petit), les frottements sont effectivement diminués.
Mais les problèmes d'étanchéité, eux, sont fonction :
- de la section de fuite (multiplié par 4 par rapport au petit moteur)
- du temps par cycle (multiplié par 2 car le moteur tourne 2 fois moins vite)
Conclusion : On retombe sur le même problème: on gagné en frottement, ce que l'on perd en étanchéité...

Etanchéité :
je partage pas ta conclusion. Un piston en laiton appairé à sa chemise en laiton avec un jeu entre 1 centième et 5 micron, ça frotte très peu et ça tiens la compression plusieurs secondes ce qui est très suffisant.

Si tu consideres que tu as le même jeu sur un piston Ø20 et un Ø40 la section de fuite n'est pas 4 fois supérieure mais 2 fois seulement.

chemise Ø20mm avec jeu 5 microns au Ø => section de fuite = 0.0015cm²
chemise Ø40mm avec jeu 5 microns au Ø => section de fuite =0.0031cm²

Conclusion en doublant l'echelle d'un cylindre on double la section de fuite mais on a 8 fois plus de gaz. En améliore donc l'étanchéité d'un facteur de 4 sans augmenter le frottement.

Puissance
Quand je parlais du même moteur à l'echelle 2, je precisais que les echangeurs des deux moteurs devaient avoir la même efficacité ce qui implique que se sont les deux seuls parties qui ne puissent être portée à l'echelle 2 mais adaptées au fait qu'elles doivent avoir les mêmes efficacités dans les deux echelles.
Pourquoi le moteur tournerait il 2x moins vite???? A cause de l'echelle 2? aucun rapport

Frottement
Je vois pas en quoi les frottements sont si catastrophiques. Dans un moteur auto par exemple, ils sont particulièrement importants et ça les empeche pas de tourner. Ce sont des pertes, certes, mais c'est comme ça on peut pas faire autrement. On peut juste tenter de les diminuer.

Mais plus généralement je m'étonne de tes propos. A te lire on a l'impression que tu as déjà exploré toutes les pistes. Et on pourrait conclure de tes dires que le stirling est ininterressant.